JP4822535B2 - Liquid crystal display device and terminal device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置及び端末装置に関し、特に横電界駆動(In-Plane Switching:IPS)方式の液晶表示装置において、高い透過率を簡素な電極構成で実現可能な液晶表示装置及びそれを用いた端末装置に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid crystal display device and a terminal device, and more particularly to a liquid crystal display device capable of realizing high transmittance with a simple electrode configuration in an in-plane switching (IPS) type liquid crystal display device. Related to the terminal device.

近時、薄型、軽量、小型、低消費電力等の利点から、液晶を使用した表示装置は、モニタ及びテレビジョン(TV:Television)等の大型の端末装置から、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ及び自動販売機等の中型の端末装置、またパーソナルTV、PDA(Personal Digital Assistance:個人用情報端末)、携帯電話及び携帯ゲーム機等の小型の端末装置にまで広く搭載され、使用されている。この液晶表示装置の主要構成部品である液晶パネルは、液晶分子の配向状態を電界により制御して情報を表示するが、液晶分子の種類、初期配向状態及び電界の方向等の組み合わせにより多数のモードが提案されている。これらのモードのうち、従来の端末装置に最も良く使用されるモードには、単純マトリクス構造によるSTN(Super Twisted Nematic)モード及びアクティブマトリクス構造によるTN(Twisted Nematic)モードがあるが、これらのモードの液晶パネルは階調を正しく視認できる角度範囲が狭く、最適な観察位置から外れると階調反転が発生してしまう。   Recently, due to advantages such as thinness, light weight, small size, and low power consumption, display devices using liquid crystals have been developed from large-sized terminal devices such as monitors and televisions (TVs), notebook personal computers, cash dispensers, and the like. It is widely installed and used in medium-sized terminal devices such as vending machines, and small terminal devices such as personal TVs, PDAs (Personal Digital Assistance: personal information terminals), mobile phones and portable game machines. The liquid crystal panel, which is the main component of this liquid crystal display device, displays information by controlling the alignment state of liquid crystal molecules with an electric field, but there are many modes depending on the combination of the type of liquid crystal molecules, the initial alignment state, and the direction of the electric field. Has been proposed. Among these modes, there are STN (Super Twisted Nematic) mode with a simple matrix structure and TN (Twisted Nematic) mode with an active matrix structure, which are most often used in conventional terminal devices. The liquid crystal panel has a narrow angle range in which gradation can be viewed correctly, and gradation reversal occurs when the liquid crystal panel deviates from the optimum observation position.

この階調反転の問題は、表示内容が文字主体である端末装置、一例では電話番号程度のみ表示していた頃の携帯電話のような端末装置では大きな問題とならなかった。しかし、近年の技術進展により、端末装置が文字情報だけでなく画像情報も多く表示するようになったため、階調反転によって画像の視認性が著しく低下する点が問題になっている。このため、階調反転が発生せず階調を正しく視認できる視野角度範囲が広いモードの液晶パネルが、徐々に端末装置へ搭載されつつある。このようなモードの液晶パネルは、一般に広視野角液晶パネルと総称され、IPS(イン・プレイン・スイッチング)方式等の横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード、フィルム補償TNモードが実用化されている。   This gradation reversal problem has not been a major problem in terminal devices whose display content is mainly text, for example, terminal devices such as mobile phones when only the phone number was displayed. However, due to recent technological progress, the terminal device has displayed not only character information but also a lot of image information, so that there is a problem that the visibility of the image is remarkably lowered due to the gradation inversion. For this reason, a liquid crystal panel having a wide viewing angle range in which gradation inversion does not occur and the gradation can be correctly recognized is gradually being mounted on the terminal device. The liquid crystal panel of such a mode is generally called a wide viewing angle liquid crystal panel, and a lateral electric field mode such as an IPS (in-plane switching) system, a multi-domain vertical alignment mode, and a film compensated TN mode are put into practical use. .

これらの広視野角液晶パネルで採用されている広視野角モードのうちフィルム補償TNモードは、TNモードの液晶パネルに視野角補償フィルムを貼合して、視野角を改善したものである。そもそもTNモードの液晶パネルでは、電圧非印加時に液晶分子が基板と平行になるように配向させておく。TNモードでは、一軸の正の屈折率異方性を有する液晶を使用するため、液晶分子の屈折率が大きな方向は、基板と平行になるよう配向されている。この状態に電圧を印加すると、液晶分子は基板と垂直方向に立ち上がるが、初期配向を決定する配向膜の配向規制力の影響により、基板界面付近は高い電圧を印加しても完全に立ち上がることはできず、基板に対して斜め方向を向くことになる。即ち、液晶分子の屈折率が大きな方向が、基板に対して斜めに配向した状態に存在することになる。ここで、液晶分子を屈折率の大きな方向から観察した場合、この方向が少しでも変動すると、液晶分子の見かけの屈折率が大きく変化することになり、この見かけの屈折率変化により視野角が狭くなってしまう。そこで、フィルム補償TNモードでは、視野角補償フィルムがこの斜め方向に配向した液晶分子の見かけの屈折率変化を抑制する働きをする。この一例として、ディスコティック化合物を、この斜め方向に配向した液晶分子と対応するように配置した補償フィルムがある。この補償フィルムを用いると、電圧印加時の基板界面付近における液晶分子の影響を低減できるため、階調反転を抑制でき、視野角特性を改善することができる。   Of the wide viewing angle modes employed in these wide viewing angle liquid crystal panels, the film compensation TN mode is obtained by bonding a viewing angle compensation film to a TN mode liquid crystal panel to improve the viewing angle. In the first place, in a TN mode liquid crystal panel, liquid crystal molecules are aligned so as to be parallel to the substrate when no voltage is applied. In the TN mode, since a liquid crystal having a uniaxial positive refractive index anisotropy is used, the direction in which the refractive index of liquid crystal molecules is large is aligned to be parallel to the substrate. When a voltage is applied in this state, the liquid crystal molecules rise in a direction perpendicular to the substrate, but due to the effect of the alignment regulating force of the alignment film that determines the initial alignment, the vicinity of the substrate interface does not rise completely even when a high voltage is applied. It is not possible to face the substrate diagonally. That is, the direction in which the refractive index of the liquid crystal molecules is large is present in an obliquely aligned state with respect to the substrate. Here, when the liquid crystal molecules are observed from a direction in which the refractive index is large, if the direction fluctuates even a little, the apparent refractive index of the liquid crystal molecules changes greatly, and the viewing angle becomes narrow due to this apparent refractive index change. turn into. Therefore, in the film compensation TN mode, the viewing angle compensation film functions to suppress a change in the apparent refractive index of the liquid crystal molecules aligned in the oblique direction. As an example of this, there is a compensation film in which a discotic compound is arranged so as to correspond to the liquid crystal molecules aligned in the oblique direction. When this compensation film is used, the influence of liquid crystal molecules in the vicinity of the substrate interface at the time of voltage application can be reduced, so that gradation inversion can be suppressed and viewing angle characteristics can be improved.

また、前述の広視野角モードのうちマルチドメイン垂直配向モードは、電圧非印加時に垂直配向状態を有し、電圧印加により液晶分子が基板界面と平行方向に傾く垂直配向モードの液晶パネルにおいて、この傾く方向が互いに補償し合うドメインを有する方式である。マルチドメイン化されていない垂直配向モードのように、電圧印加時に液晶分子が一方向のみに傾く場合には、前述のTNモードの電圧印加時と同様、斜め方向に配向した液晶分子の影響により視野角が狭くなる。そこで、マルチドメイン垂直配向モードでは、基板表面に凹凸を設ける等して、この傾く方向が互いに異なる複数のドメインが発生するようにしてある。即ち、ある方向に傾いた液晶分子は、他のドメインの異なる方向に傾いた液晶分子により光学的に補償され、視野角が改善される。   Among the wide viewing angle modes described above, the multi-domain vertical alignment mode is a vertical alignment mode liquid crystal panel that has a vertical alignment state when no voltage is applied, and in which liquid crystal molecules are inclined in a direction parallel to the substrate interface when a voltage is applied. This is a system having domains in which the tilt directions compensate each other. When the liquid crystal molecules are tilted in only one direction when a voltage is applied, as in the vertical alignment mode that is not multi-domained, the field of view is affected by the liquid crystal molecules that are aligned in the oblique direction, as in the case of the TN mode voltage application described above. The corner becomes narrower. Therefore, in the multi-domain vertical alignment mode, a plurality of domains having different tilt directions are generated by providing irregularities on the substrate surface. That is, liquid crystal molecules tilted in a certain direction are optically compensated by liquid crystal molecules tilted in different directions of other domains, and the viewing angle is improved.

これらのフィルム補償TNモード及びマルチドメイン垂直配向モードは、電圧印加時に液晶分子が斜めに傾くものの、この斜めに傾いた液晶分子の影響を光学的に補償して、視野角を改善するという点で共通している。   These film-compensated TN mode and multi-domain vertical alignment mode improve the viewing angle by optically compensating for the influence of the tilted liquid crystal molecules, although the liquid crystal molecules tilt obliquely when a voltage is applied. It is common.

これに対し、IPS方式などの横電界モードは、電圧を印加しても液晶分子は基板に対して斜め方向に傾くことがないため、原理的に広い視野角を有する。   On the other hand, the transverse electric field mode such as the IPS method has a wide viewing angle in principle because liquid crystal molecules do not tilt in an oblique direction with respect to the substrate even when a voltage is applied.

図34は、特許文献1に記載されている従来の第1の液晶表示装置に使用されるIPS方式の液晶パネルを模式的に示す断面図である。図34に示すように、従来の第1の液晶パネル1300は、一対の基板1200及び1201の間に液晶分子1202が挟持され、基板1201の液晶分子側表面には、一対の電極1203、1204が配置されている。この一対の電極1203、1204は同層に形成されており、平行電極型の電極構造となっている。ここで、一対の基板1200、1201の間の距離、即ちセルギャップをd、電極の幅をw、一対の電極の間の距離をLとすれば、従来のIPS方式では、これらの寸法の関係が、L/d>1かつL/w>1を満たす。即ち、電極間距離はセルギャップより大きく、かつ電極幅より大きくなっている。なお、図中に示すように、電極1203、1204が配列する方向をY方向と定義し、基板1200、1201が積層する方向をZ方向と定義する。また、X方向をY方向及びZ方向と直交する方向と定義し、夫々の正の方向を図中に示す方向とする。   FIG. 34 is a cross-sectional view schematically showing an IPS liquid crystal panel used in the first conventional liquid crystal display device described in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 34, in a conventional first liquid crystal panel 1300, liquid crystal molecules 1202 are sandwiched between a pair of substrates 1200 and 1201, and a pair of electrodes 1203 and 1204 are formed on the surface of the substrate 1201 on the liquid crystal molecule side. Has been placed. The pair of electrodes 1203 and 1204 are formed in the same layer and have a parallel electrode type electrode structure. Here, if the distance between the pair of substrates 1200 and 1201, that is, the cell gap is d, the width of the electrode is w, and the distance between the pair of electrodes is L, in the conventional IPS system, the relationship between these dimensions. Satisfies L / d> 1 and L / w> 1. That is, the distance between the electrodes is larger than the cell gap and larger than the electrode width. As shown in the figure, the direction in which the electrodes 1203 and 1204 are arranged is defined as the Y direction, and the direction in which the substrates 1200 and 1201 are stacked is defined as the Z direction. Further, the X direction is defined as a direction orthogonal to the Y direction and the Z direction, and each positive direction is a direction shown in the figure.

このように構成された特許文献1に記載の従来の第1の液晶パネルにおいては、一対の電極1203、1204に異なる電圧を印加することにより、この一対の電極1203、1204の間に横電界Eが発生する。この横電界Eにより、一対の電極1203、1204の間に位置する液晶分子が駆動される。このとき、液晶分子はXY平面内で回転しZ方向に立ち上がることがないため、使用者は液晶分子をその屈折率異方性が大きな方向から観察することがない。即ち、前述のフィルム補償TNモード及びマルチドメイン垂直配向モードが斜め方向に立ち上がった液晶分子の影響を低減して視野角特性を改善する方式であるのに対し、IPS方式は原理的に液晶分子が斜め方向に立ち上がることがないため、非常に優れた視野角特性を有することになる。   In the conventional first liquid crystal panel described in Patent Document 1 configured as described above, by applying different voltages to the pair of electrodes 1203 and 1204, a lateral electric field E is generated between the pair of electrodes 1203 and 1204. Occurs. The lateral electric field E drives liquid crystal molecules positioned between the pair of electrodes 1203 and 1204. At this time, since the liquid crystal molecules rotate in the XY plane and do not rise in the Z direction, the user does not observe the liquid crystal molecules from the direction where the refractive index anisotropy is large. That is, the above-mentioned film compensation TN mode and multi-domain vertical alignment mode improve the viewing angle characteristics by reducing the influence of liquid crystal molecules rising in an oblique direction, whereas the IPS method is basically a liquid crystal molecule that Since it does not stand up in an oblique direction, it has very good viewing angle characteristics.

図35は、特許文献1に記載されている従来の第2の液晶表示装置に使用される液晶パネルを模式的に示す断面図である。この従来の第2の液晶パネルは、IPS方式の改良形であるフリンジフィールド・スイッチング(Fringe-Field Switching:FFS)方式の液晶パネルである。図35に示すように、従来の第2の液晶パネル2300は、一対の基板2200及び2201の間に液晶分子2202が挟持され、基板2201の液晶分子側表面には、基板2201側から電極2204が形成され、この電極2204の液晶側には絶縁層2205が積層され、更にその上に他方の電極2203が形成されている。電極2203が前述の従来の第1の液晶パネルに記載の電極と同様、櫛歯状であるのに対し、電極2204は櫛歯状にパターン化されていない。前述の従来の第1の液晶パネルと同様、基板2200、2201の間の距離、即ちセルギャップをd、電極2203の幅をw、電極2203と電極2204との間の距離をLとすれば、FFS方式の液晶パネルでは、L/d=0かつL/w=0が成立する。即ち、2種類の電極が異なる層で形成され、具体的には電極2204の上に絶縁層2205を介して櫛歯状の電極2203が積層されているために、電極間距離Lが0になっている。   FIG. 35 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal panel used in the conventional second liquid crystal display device described in Patent Document 1. In FIG. This conventional second liquid crystal panel is a fringe-field switching (FFS) liquid crystal panel which is an improved version of the IPS system. As shown in FIG. 35, in a conventional second liquid crystal panel 2300, liquid crystal molecules 2202 are sandwiched between a pair of substrates 2200 and 2201, and an electrode 2204 is provided on the liquid crystal molecule side surface of the substrate 2201 from the substrate 2201 side. An insulating layer 2205 is laminated on the liquid crystal side of the electrode 2204, and the other electrode 2203 is formed thereon. The electrode 2203 is comb-like like the electrode described in the above-mentioned conventional first liquid crystal panel, whereas the electrode 2204 is not patterned into a comb-teeth. As in the above-described conventional first liquid crystal panel, if the distance between the substrates 2200 and 2201, that is, the cell gap is d, the width of the electrode 2203 is w, and the distance between the electrode 2203 and the electrode 2204 is L, In the FFS mode liquid crystal panel, L / d = 0 and L / w = 0 are established. That is, two types of electrodes are formed of different layers. Specifically, since the comb-shaped electrode 2203 is laminated on the electrode 2204 via the insulating layer 2205, the inter-electrode distance L becomes zero. ing.

このように構成された特許文献1に記載の従来の第2の液晶パネルにおいては、電極2203、2204に異なる電圧を印加することにより、この電極2203、2204の間に横電界Eが発生するが、この電界の方向は前述の第1の液晶パネルの場合と比較すると、電極構成の違いにより異なるものとなる。即ち、IPS方式である前述の第1の液晶パネルでは、電極1203、1204がZ方向から見てY方向に平行に配置された平行電極型構造を有するため電界方向はY方向であるが、このFFS方式では電極2203、2204がZ方向に積層された積層電極型構造を有するため、Y方向に加えて、特に電極2203の縁の近傍で基板面に垂直な方向であるZ方向にも強い電界成分を持っている。   In the conventional second liquid crystal panel described in Patent Document 1 configured in this way, a horizontal electric field E is generated between the electrodes 2203 and 2204 by applying different voltages to the electrodes 2203 and 2204. The direction of the electric field differs depending on the difference in electrode configuration as compared with the case of the first liquid crystal panel. That is, in the first liquid crystal panel of the IPS method, the electrodes 1203 and 1204 have a parallel electrode structure in which the electrodes 1203 and 1204 are arranged in parallel to the Y direction as viewed from the Z direction. In the FFS system, since the electrodes 2203 and 2204 have a stacked electrode structure in which they are stacked in the Z direction, an electric field that is strong in the Z direction that is perpendicular to the substrate surface in the vicinity of the edge of the electrode 2203 in addition to the Y direction. Have ingredients.

その結果、IPS方式では電極1203、1204間に位置する液晶分子1202は駆動されても電極の上方に位置する液晶分子はほとんど駆動されないが、FFS方式の場合、電極2203間に位置する液晶分子は勿論のこと、電極2203の上方に位置する液晶分子2202も駆動されることになる。したがって、FFS方式においては、電極をインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、以下、ITOと略記する)等の透明導電膜で形成すれば、電極の部分も表示に寄与させることができ、同じ条件のIPS方式の液晶パネルに比べて透過率を大きくできるという利点がある。   As a result, in the IPS mode, even though the liquid crystal molecules 1202 positioned between the electrodes 1203 and 1204 are driven, the liquid crystal molecules positioned above the electrodes are hardly driven. In the FFS mode, the liquid crystal molecules positioned between the electrodes 2203 are not driven. Of course, the liquid crystal molecules 2202 located above the electrode 2203 are also driven. Therefore, in the FFS method, if the electrode is formed of a transparent conductive film such as indium tin oxide (hereinafter abbreviated as ITO), the electrode portion can also contribute to display, and the same conditions There is an advantage that the transmittance can be increased as compared with the IPS liquid crystal panel.

なお、このFFS方式の別の電極構造として、図35に記載のように積層電極型の構造にせず、図34に記載のように同層で構成した平行電極型の構造で、特にL/d<1かつL/w<1、即ちセルギャップ及び電極幅よりも電極間距離を小さくすることにより、同様の効果を得られることが記載されている。   As another electrode structure of this FFS system, a stacked electrode type structure as shown in FIG. 35 is used instead of a laminated electrode type structure as shown in FIG. <1 and L / w <1, that is, it is described that the same effect can be obtained by making the interelectrode distance smaller than the cell gap and the electrode width.

特開2002−296611号公報JP 2002-296611 A

しかしながら、前述の従来の液晶表示装置には、以下に示すような問題点がある。即ち、従来のIPS方式においては、前述のように電極上の液晶分子を駆動できないため、液晶パネルの透過率が低下してしまう。また、従来の電極積層型のFFS方式においては、従来のIPS方式と異なり電極上の液晶分子も駆動できるものの、電極構成が複雑で作製プロセス数が増加するため、コストが上昇してしまう。これらの問題、即ち透過率の低下や作製プロセス数の増加に起因する高コスト化は、特に中小型の端末装置に搭載する際に大きな問題となる。   However, the above-described conventional liquid crystal display device has the following problems. That is, in the conventional IPS system, since the liquid crystal molecules on the electrode cannot be driven as described above, the transmittance of the liquid crystal panel is lowered. In addition, in the conventional electrode stack type FFS system, unlike the conventional IPS system, liquid crystal molecules on the electrode can be driven, but the cost is increased because the electrode configuration is complicated and the number of manufacturing processes increases. These problems, that is, the increase in cost due to the decrease in transmittance and the increase in the number of manufacturing processes, become a serious problem particularly when mounted on a small-sized terminal device.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、特に横電界駆動(In-Plane Switching:IPS)方式の液晶表示装置において、高い透過率を簡素な電極構成で実現可能な液晶表示装置及びそれを用いた端末装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and in particular, a liquid crystal display capable of realizing high transmittance with a simple electrode configuration in a liquid crystal display device of an in-plane switching (IPS) system. An object is to provide a device and a terminal device using the device.

本発明に係る液晶表示装置は、少なくとも平行電極対を有する基板と、この基板上に配置された液晶層と、を有し、前記平行電極対を構成する電極の幅と間隔との合計値が、前記液晶層の厚さの半分以下であり、前記液晶層の液晶分子は前記平行電極対で発生する電界により駆動され、電極上の電界は、横電界成分よりも縦電界成分が大きく、かつ、電極間の電界は、横電界成分よりも縦電界成分が小さく、前記電極上及び前記電極間において前記基板近傍から離れた領域の液晶分子のダイレクタ方向が、それぞれ、前記電極上及び前記電極間の電界方向とは異なる領域を有し、この領域が液晶層の厚みの半分以上であるとともに、前記液晶層の厚み方向中央領域より対向基板側において、前記電極間上の電界方向が前記基板面に垂直な方向である電界領域が存在する横電界駆動方式の液晶表示装置において、前記平行電極対の電極幅を前記液晶層の厚さより小さくすることにより電極上の横電界を大きくすることで、前記電極上の液晶分子が前記電極間の液晶分子と同様に配向変化するように構成し、かつ、前記液晶分子のツイスト弾性定数を同液晶分子のベンド弾性定数よりも小さくすることにより前記電極上での前記横電界による前記液晶分子のツイスト変形の減衰を小さくすることで、前記平行電極対で発生する電界により前記電極間の前記基板近傍の液晶分子がツイスト変形したときに、このツイスト変形に追従して前記電極上の液晶分子及び前記電極間上において前記基板近傍から前記液晶層の厚み方向に離れた領域の液晶分子に前記電極間の液晶分子と同様のツイスト変形をさせるように構成し、前記平行電極対は、横方向に隣接する画素を分離する画素分離方向に平行に延びるように形成されるとともに当該画素分離方向と垂直な方向に配列され、さらに、前記平行電極対の電極配列方向に対して、前記液晶層を有する各画素の像を光学的に拡大する画素拡大手段を有し、前記平行電極対を構成する画素電極及び共通電極の末端部には、逆回転ドメイン防止構造としてラビング方向と垂直な電極部が形成されている、ことを特徴とする。 A liquid crystal display device according to the present invention includes at least a substrate having parallel electrode pairs, and a liquid crystal layer disposed on the substrate, and a total value of widths and intervals of electrodes constituting the parallel electrode pairs is The liquid crystal layer is less than half the thickness of the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are driven by an electric field generated by the parallel electrode pair, and the electric field on the electrode has a vertical electric field component larger than a horizontal electric field component, and , an electric field between the electrodes is small vertical electric field component than the transverse electric field component, director direction of the liquid crystal molecules in the region away from the vicinity of the substrate between the electrodes and on the electrodes, respectively, between the electrodes and on the electrodes A region different from the electric field direction of the liquid crystal layer, and this region is at least half the thickness of the liquid crystal layer, and the electric field direction between the electrodes is closer to the counter substrate side than the central region in the thickness direction of the liquid crystal layer. Direction perpendicular to In the liquid crystal display device of horizontal electric field drive system with electric field region is present, the by increasing the horizontal electric field on the electrodes by the electrode width of the parallel electrode pair smaller than the thickness of the liquid crystal layer, the liquid crystal on the electrode The transverse electric field on the electrodes is configured such that the molecules change in orientation in the same manner as the liquid crystal molecules between the electrodes, and the twist elastic constant of the liquid crystal molecules is smaller than the bend elastic constant of the liquid crystal molecules. When the liquid crystal molecules in the vicinity of the substrate between the electrodes are twist-deformed by an electric field generated by the parallel electrode pair by reducing the attenuation of the twist deformation of the liquid crystal molecules due to, the electrodes follow the twist deformation and follow the twist deformation. similar twisted liquid crystal molecules and the liquid crystal molecules between the electrode from the vicinity of the substrate on between the electrodes to the liquid crystal molecules in the regions away in the thickness direction of the liquid crystal layer of the above The parallel electrode pair is formed to extend in parallel to a pixel separation direction that separates adjacent pixels in the lateral direction and is arranged in a direction perpendicular to the pixel separation direction. the electrode arrangement direction of said parallel electrode pair, an image of each pixel with the liquid crystal layer have a pixel enlarging means for enlarging optically, the distal end of the pixel electrode and the common electrode constituting the parallel electrode pair Is characterized in that an electrode portion perpendicular to the rubbing direction is formed as a reverse rotation domain prevention structure .

本発明においては、電圧印加時に電極上の液晶分子を電極間の液晶分子と同様に配向変化させることができるため、特に電極上の透過率を向上でき、電極間の透過率を含めた液晶表示装置の透過率を大きくすることができる。更に、電極上のみならず、電極間においても、電極近傍の透過率を高めることができる。この効果は、特に電極幅が液晶層の厚さ以上である従来の平行電極型のIPS方式と比べて大きいため、透過率の高い横電界モードの液晶表示装置が実現できる。更にまた、本発明の液晶表示装置では電極間の液晶配向変化に追従させて電極上の液晶を配向変化させているため、液晶分子の立ち上がりを抑制できる。この結果、視野角特性を向上することができる。   In the present invention, the liquid crystal molecules on the electrodes can be changed in orientation in the same manner as the liquid crystal molecules between the electrodes when a voltage is applied, so that the transmittance on the electrodes can be improved and the liquid crystal display including the transmittance between the electrodes can be improved. The transmittance of the device can be increased. Furthermore, the transmittance in the vicinity of the electrodes can be increased not only on the electrodes but also between the electrodes. This effect is particularly large as compared with the conventional parallel electrode type IPS system in which the electrode width is equal to or larger than the thickness of the liquid crystal layer, so that a lateral electric field mode liquid crystal display device with high transmittance can be realized. Furthermore, in the liquid crystal display device of the present invention, since the alignment of the liquid crystal on the electrode is changed following the change in the alignment of the liquid crystal between the electrodes, the rise of the liquid crystal molecules can be suppressed. As a result, viewing angle characteristics can be improved.

また、前記平行電極対を構成する電極の間の距離が、この電極の幅以上であることが好ましい。これにより、平行電極対により発生する電界に占める電極配列方向の割合を向上できるため、低電圧駆動が可能となる。   Moreover, it is preferable that the distance between the electrodes constituting the parallel electrode pair is not less than the width of the electrodes. Thereby, since the ratio of the electrode arrangement direction to the electric field generated by the parallel electrode pair can be improved, low voltage driving is possible.

また、液晶分子のツイスト弾性定数はベンド弾性定数よりも小さいことで、電界により配向変化させられた電極間の液晶分子に追従して電極上の液晶分子がより配向変化し易くなるため、電極上及び電極近傍の液晶層の透過率をより効率的に向上できる。 In addition, since the twist elastic constant of the liquid crystal molecules is smaller than the bend elastic constant, the liquid crystal molecules on the electrodes change more easily following the liquid crystal molecules between the electrodes whose orientation has been changed by the electric field. In addition, the transmittance of the liquid crystal layer in the vicinity of the electrode can be improved more efficiently.

また、前記液晶層の液晶分子は、誘電率異方性が正であってもよく、前記平行電極対を構成する電極の上の液晶層において、この平行電極対に電界が発生した際の液晶分子のダイレクタ方向が、前記平行電極対を構成する電極の配列方向である液晶分子が存在することが好ましい。これにより、電極上の液晶層の透過率をより効果的に向上できる。   The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer may have positive dielectric anisotropy, and the liquid crystal when an electric field is generated in the parallel electrode pair in the liquid crystal layer on the electrodes constituting the parallel electrode pair. There are preferably liquid crystal molecules in which the director direction of the molecules is the arrangement direction of the electrodes constituting the parallel electrode pair. Thereby, the transmittance of the liquid crystal layer on the electrode can be improved more effectively.

また、前記液晶層の液晶分子は、誘電率異方性が負であってもよい。誘電率異方性が負であるネガ型の液晶分子は電界と直交する方向に配向変化するため、ポジ型の液晶分子を使用した場合よりも縦電界への追従を防止でき、XY平面内での回転をより容易にできる。これにより、ポジ型液晶と比較して電極上の透過率を大幅に向上でき、この結果として電極間の透過率を含めた液晶表示装置の透過率を大きくできる。更に、液晶分子の立ち上がりを抑制できるため、視野角特性を向上することができる。   The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer may have a negative dielectric anisotropy. Negative-type liquid crystal molecules with negative dielectric anisotropy change the orientation in the direction perpendicular to the electric field, so that follow-up to the vertical electric field can be prevented compared with the case of using positive-type liquid crystal molecules. Can be rotated more easily. Thereby, the transmittance on the electrodes can be significantly improved as compared with the positive type liquid crystal, and as a result, the transmittance of the liquid crystal display device including the transmittance between the electrodes can be increased. Furthermore, since the rise of liquid crystal molecules can be suppressed, the viewing angle characteristics can be improved.

更にまた、前記平行電極対を構成する電極の上の液晶層において、この平行電極対に電界が発生した際の液晶分子のダイレクタ方向が、前記平行電極対を構成する電極の長手方向である液晶分子が存在することが好ましい。これにより、誘電率異方性が負の液晶を用いた液晶表示装置において、特に電極上の透過率を向上できる。   Furthermore, in the liquid crystal layer on the electrodes constituting the parallel electrode pair, the director direction of the liquid crystal molecules when an electric field is generated in the parallel electrode pair is the longitudinal direction of the electrodes constituting the parallel electrode pair. Preferably molecules are present. Thereby, in a liquid crystal display device using a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy, the transmittance on the electrode can be improved.

また、前記平行電極対が同層に形成されていてもよい。これにより、電極を積層する製造プロセスが不要になるため、液晶表示装置の低コスト化が可能になる。   The parallel electrode pair may be formed in the same layer. This eliminates the need for a manufacturing process for laminating electrodes, thereby reducing the cost of the liquid crystal display device.

また、前記平行電極対の液晶層側、及びこの平行電極対を構成する電極の間にオーバーコート層を有していてもよい。これにより、電極に起因する凹凸を低減できるので、電極ピッチを小さくしても配向性を損なうことがなく、高いコントラスト比が実現できる。   Moreover, you may have an overcoat layer between the liquid-crystal layer side of the said parallel electrode pair, and the electrode which comprises this parallel electrode pair. As a result, the unevenness caused by the electrodes can be reduced, so that a high contrast ratio can be realized without impairing the orientation even if the electrode pitch is reduced.

また、前記平行電極対を構成する電極の間に平坦化層を有していてもよい。これにより、電極間の隙間が平坦化層により埋められて平坦化されるため、上述のオーバーコートを設けた場合と同様に配向性を向上できるだけでなく、電極上には平坦化層が設けられていないため、駆動電圧を低減することができる。   Moreover, you may have the planarization layer between the electrodes which comprise the said parallel electrode pair. As a result, the gap between the electrodes is filled with the flattening layer and flattened, so that not only can the orientation be improved as in the case of the above-described overcoat, but a flattening layer is provided on the electrodes. Therefore, the driving voltage can be reduced.

また、前記平行電極対は透明導電体から構成されていてもよい。これにより、特に電極上の透過率を高めるという本発明の効果の一部を享受することができる。   The parallel electrode pair may be made of a transparent conductor. Thereby, it is possible to enjoy a part of the effect of the present invention, in particular, to increase the transmittance on the electrode.

また、前記平行電極対は金属から構成されていてもよい。これにより、電極の細線化が容易になり、かつ電極近傍領域の透過率を向上できるので、液晶表示装置の透過率を向上することができる。   The parallel electrode pair may be made of metal. Thereby, the thinning of the electrode is facilitated and the transmittance in the vicinity of the electrode can be improved, so that the transmittance of the liquid crystal display device can be improved.

更に、前記平行電極対における前記液晶層側の表面に反射低減手段を設けることもできる。これにより、外光が金属面で反射されることにより、表示品質が低下する問題を解決することができる。   Further, reflection reducing means can be provided on the surface of the parallel electrode pair on the liquid crystal layer side. Accordingly, it is possible to solve the problem that the display quality is deteriorated due to the reflection of the external light on the metal surface.

更にまた、前記平行電極対の電極幅が1μm以下であることが好ましい。これにより、電極上の液晶分子の配向を電極間の液晶分子の配向と同様にできるため、透過率をより高めることができる。   Furthermore, it is preferable that the parallel electrode pair has an electrode width of 1 μm or less. Thereby, since the orientation of the liquid crystal molecules on the electrodes can be made the same as the orientation of the liquid crystal molecules between the electrodes, the transmittance can be further increased.

また、前記液晶表示装置はノーマリホワイトモードで動作してもよい。本発明においては、液晶層が均一な配向を有する位相差板として作用するため、黒表示時の光漏れを抑制し、表示のコントラスト比を大幅に向上することができる。   The liquid crystal display device may operate in a normally white mode. In the present invention, since the liquid crystal layer acts as a retardation plate having a uniform orientation, light leakage during black display can be suppressed, and the display contrast ratio can be greatly improved.

また、前記平行電極対の電極配列方向に対して、前記液晶層を有する各画素の像を光学的に拡大する画素拡大手段を有している。本発明においては、液晶層が均一な配向を有し面内の透過率変動が抑制されているため、画素拡大手段により拡大した画素の像も均一な明るさが実現でき、高画質化が可能となる。これにより、高画質な立体画像表示装置やマルチ画面表示装置、光利用効率を向上した明るい液晶表示装置が実現できる。 Moreover, the electrode arrangement direction of said parallel electrode pair, that has a pixel enlarging means for enlarging the image of each pixel optically with the liquid crystal layer. In the present invention, since the liquid crystal layer has a uniform orientation and the in-plane transmittance fluctuation is suppressed, the pixel image enlarged by the pixel enlargement means can achieve uniform brightness and high image quality. It becomes. Thereby, a high-quality stereoscopic image display device, a multi-screen display device, and a bright liquid crystal display device with improved light utilization efficiency can be realized.

本発明においては、従来の方式よりも、より多くの液晶分子をツイスト変形させることができ、特に前記基板から離れた領域の液晶分子をより効果的にツイスト変形させることができるため、従来よりも高い透過率が実現できる。   In the present invention, more liquid crystal molecules can be twist-deformed than in the conventional method, and in particular, the liquid crystal molecules in a region away from the substrate can be more effectively twist-deformed. High transmittance can be realized.

本発明においては、液晶層の配向手段によるアンカリング力が最も弱くなる液晶層の厚み中央付近の電界が弱電界化されているため、液晶分子はより自由に動くことができ、液晶層をより効率的にツイスト変形することが可能となり、更に高い透過率を実現することができる。また、液晶分子の基板面垂直方向への立ち上がりも抑制できるため、視野角特性を向上することができる。更には、液晶層を均一にツイスト変形させることができるため、面内の位相差分布が均一な位相差板が実現できる。   In the present invention, since the electric field near the center of the thickness of the liquid crystal layer where the anchoring force due to the alignment means of the liquid crystal layer is the weakest is weakened, the liquid crystal molecules can move more freely, and the liquid crystal layer Twist deformation can be efficiently performed, and higher transmittance can be realized. In addition, since the rising of the liquid crystal molecules in the direction perpendicular to the substrate surface can be suppressed, the viewing angle characteristics can be improved. Furthermore, since the liquid crystal layer can be uniformly twisted, a retardation plate with a uniform in-plane retardation distribution can be realized.

また、前記平行電極対を構成する電極の幅と間隔との合計値が、前記液晶層の厚さの半分以下であり、前記液晶層の厚み方向中央領域より対向基板側において、電極間上の電界方向が前記基板面に垂直な方向である電界領域が存在している。本発明による電界構造を平行電極対構造を用いて生成することにより、液晶層の対向基板付近においては、電極上だけでなく電極間上においても垂直電界を生成することができる。この結果、元々存在していた電極上の垂直電界と等電位線がつながり、複数の電極上に跨る等電位線を生成することができる。そして、液晶層の厚み方向中央付近に弱電界層を導入でき、液晶層の対向基板側半分以上において、ツイスト変形をより容易にすることができる。 Further, the total value of the width and the interval of the electrodes constituting the parallel electrode pair is not more than half of the thickness of the liquid crystal layer, and on the counter substrate side from the central region in the thickness direction of the liquid crystal layer, between the electrodes field region exists an electric field direction is the direction perpendicular to the substrate surface. By generating the electric field structure according to the present invention using the parallel electrode pair structure, a vertical electric field can be generated not only on the electrodes but also between the electrodes in the vicinity of the counter substrate of the liquid crystal layer. As a result, the vertical electric field on the electrode that originally existed and the equipotential line are connected, and an equipotential line extending over a plurality of electrodes can be generated. Further, the weak electric field layer can be introduced near the center of the liquid crystal layer in the thickness direction, and twist deformation can be more easily performed on the counter substrate side half or more of the liquid crystal layer.

更にまた、前記平行電極対の電極幅が0.5μm以下であることが好ましい。これにより、本発明において液晶層の厚みを5μm程度以内の範囲に設定するのが可能となり、配向手段のアンカリングエネルギーを配向変形に有効に作用させることが可能となるため、応答時間、特にオフ時の応答時間を改善することができる。   Furthermore, it is preferable that the electrode width of the parallel electrode pair is 0.5 μm or less. Accordingly, in the present invention, the thickness of the liquid crystal layer can be set within a range of about 5 μm, and the anchoring energy of the alignment means can be effectively applied to the alignment deformation. Response time can be improved.

更にまた、前記平行電極対に逆回転ドメイン防止構造が形成されている。これにより、平行電極対の末端部に起因する液晶分子の望ましくない配向変形が発生し、平行電極対全体に伝搬する現象を抑制することができ、安定なツイスト変形を実現することができる。 Furthermore, the that have reverse rotation domain preventing structure parallel electrode pair is formed. Thereby, undesirable orientation deformation of the liquid crystal molecules due to the end portions of the parallel electrode pair occurs, and the phenomenon of propagation to the entire parallel electrode pair can be suppressed, and stable twist deformation can be realized.

また、この端末装置は、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であってもよい。   The terminal device may be a mobile phone, a personal information terminal, a game machine, a digital camera, a video camera, a video player, a notebook personal computer, a cash dispenser, or a vending machine.

本発明によれば、平行電極対を有するIPS方式の液晶表示装置において、前記平行電極対の電極幅を前記液晶層の厚さより小さく形成し、前記平行電極対で発生する電界により前記電極間の液晶分子が配向変化し、この配向変化に追従して電極上の液晶分子が前記電極間の液晶分子と同様に配向変化し、この電極上の液晶分子のダイレクタ方向が電極上の電界と異なる方向とすることにより、電極上の透過率及び電極近傍の透過率を向上でき、これにより簡素な電極構成で液晶表示装置の透過率を向上できる。   According to the present invention, in an IPS liquid crystal display device having parallel electrode pairs, an electrode width of the parallel electrode pairs is formed to be smaller than a thickness of the liquid crystal layer, and an electric field generated by the parallel electrode pairs causes a gap between the electrodes. The orientation of the liquid crystal molecules changes and the orientation of the liquid crystal molecules on the electrodes changes following the orientation change in the same way as the liquid crystal molecules between the electrodes. The director direction of the liquid crystal molecules on the electrodes is different from the electric field on the electrodes. By doing so, the transmittance on the electrode and the transmittance in the vicinity of the electrode can be improved, whereby the transmittance of the liquid crystal display device can be improved with a simple electrode configuration.

以下、本発明の実施形態に係る液晶表示装置及びそれを用いた端末装置について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置及びそれを用いた端末装置について説明する。図1は本実施形態に係る液晶表示装置の電圧印加時の状態を示す断面図であり、図2はその構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向状態を示す断面図であり、図3は本実施形態に係る液晶表示装置を搭載した端末装置を示す斜視図である。   Hereinafter, a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention and a terminal device using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention and a terminal device using the same will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state when a voltage is applied to the liquid crystal display device according to the present embodiment, and FIG. 2 is an alignment state of liquid crystal molecules when no voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode which are constituent elements thereof. FIG. 3 is a perspective view showing a terminal device equipped with the liquid crystal display device according to the present embodiment.

図1に示すように、本第1実施形態に係る液晶表示装置1は、主基板2aと対向基板2bが微小な間隙を設けて対向配置され、この主基板2aの対向基板2b側の表面には、画素電極3aと共通電極3bの2種類の電極が形成されている。これら2種類の電極は櫛歯状に形成され、この櫛歯の長手方向に対して直交する方向(図1中横方向)に、画素電極3aと共通電極3bが交互に配置されている。これらの電極は、ITO(インジウムスズ酸化物)等の透明導電体により構成されている。更にその対向基板2b側には、液晶分子を初期配向するための配向膜4が形成されている。同様に、対向基板2bの主基板2a側の表面にも、配向膜4が形成されている。主基板2aと対向基板2bとの間には、誘電率異方性が正であるポジ型液晶分子51からなる層が挟持されている。主基板2aと対向基板2bとの間隙、即ちポジ型液晶分子51からなる層の厚さは一例として3μmに設定されている。液晶分子からなる層の厚さを本実施形態ではセルギャップと称する。なお、実際の液晶表示装置においては、液晶表示装置1の両面側に偏光板が設けられるが、図1においては省略してある。   As shown in FIG. 1, in the liquid crystal display device 1 according to the first embodiment, the main substrate 2a and the counter substrate 2b are arranged to face each other with a minute gap, and the main substrate 2a has a surface on the counter substrate 2b side. Are formed with two types of electrodes, a pixel electrode 3a and a common electrode 3b. These two types of electrodes are formed in a comb-teeth shape, and pixel electrodes 3a and common electrodes 3b are alternately arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the comb teeth (lateral direction in FIG. 1). These electrodes are made of a transparent conductor such as ITO (indium tin oxide). Further, an alignment film 4 for initial alignment of liquid crystal molecules is formed on the counter substrate 2b side. Similarly, the alignment film 4 is also formed on the surface of the counter substrate 2b on the main substrate 2a side. A layer made of positive-type liquid crystal molecules 51 having a positive dielectric anisotropy is sandwiched between the main substrate 2a and the counter substrate 2b. The gap between the main substrate 2a and the counter substrate 2b, that is, the thickness of the layer made of the positive liquid crystal molecules 51 is set to 3 μm as an example. In the present embodiment, the thickness of the layer made of liquid crystal molecules is referred to as a cell gap. In an actual liquid crystal display device, polarizing plates are provided on both sides of the liquid crystal display device 1, but are omitted in FIG. 1.

なお、本明細書においては、便宜上、以下のようにXYZ直交座標系を設定する。主基板2aから対向基板2bに向かう方向を+Z方向とし、その反対方向を−Z方向とする。+Z方向及び−Z方向を総称してZ軸方向という。また、図1の横方向をY軸方向とし、特に右方向を+Y方向とし、その反対方向を−Y方向とする。そして、+X方向は、右手座標系が成立する方向とする。即ち、人の右手の親指を+X方向、人差指を+Y方向に向けたとき、中指は+Z方向を向くようにする。   In this specification, for convenience, an XYZ orthogonal coordinate system is set as follows. The direction from the main substrate 2a toward the counter substrate 2b is the + Z direction, and the opposite direction is the −Z direction. The + Z direction and the −Z direction are collectively referred to as the Z-axis direction. Further, the horizontal direction in FIG. 1 is the Y-axis direction, in particular, the right direction is the + Y direction, and the opposite direction is the -Y direction. The + X direction is a direction in which the right-handed coordinate system is established. That is, when the thumb of the person's right hand is oriented in the + X direction and the index finger is oriented in the + Y direction, the middle finger is oriented in the + Z direction.

上述の如くXYZ直交座標系を設定すると、画素電極3aと共通電極3bが交互に配置される方向はY軸方向となる。また、画素電極3a又は共通電極3bが延びる方向、即ち櫛歯状電極の櫛歯長手方向はX軸方向となる。また、液晶表示装置1の表示面はXY平面になる。   When the XYZ orthogonal coordinate system is set as described above, the direction in which the pixel electrodes 3a and the common electrodes 3b are alternately arranged is the Y-axis direction. Further, the direction in which the pixel electrode 3a or the common electrode 3b extends, that is, the comb tooth longitudinal direction of the comb-like electrode is the X-axis direction. The display surface of the liquid crystal display device 1 is an XY plane.

画素電極3a及び共通電極3bの幅、即ち電極幅は、一例として夫々1μmとなるように形成されている。また、画素電極3aと共通電極3bとの間隔、即ち電極間距離は、一例として6μmに設定されている。上述のように、本実施形態でのセルギャップは3μmに設定されているため、本実施形態では電極幅がセルギャップより小さく設定されていることになる。   As an example, the width of the pixel electrode 3a and the common electrode 3b, that is, the electrode width is formed to be 1 μm. In addition, the distance between the pixel electrode 3a and the common electrode 3b, that is, the inter-electrode distance is set to 6 μm as an example. As described above, since the cell gap in this embodiment is set to 3 μm, the electrode width is set to be smaller than the cell gap in this embodiment.

前述のように、特許文献1に記載されている従来の第1の液晶表示装置に使用されるIPS方式では、電極構造が平行電極型であり、L/d>1かつL/w>1、即ち電極間距離はセルギャップより大きく、かつ電極間距離は電極幅より大きいものと規定されているが、本実施形態では特にw/d<1、即ち電極幅がセルギャップより小さいという関係を満たすものである。   As described above, in the IPS system used in the conventional first liquid crystal display device described in Patent Document 1, the electrode structure is a parallel electrode type, and L / d> 1 and L / w> 1, That is, the distance between the electrodes is defined to be larger than the cell gap and the distance between the electrodes is defined to be larger than the electrode width. However, in this embodiment, w / d <1, that is, the relationship that the electrode width is smaller than the cell gap is satisfied. Is.

また、特許文献1に記載されている従来の第2の液晶表示装置に使用されるFFS方式において、特に積層電極型の構造を有する方式に対しては、本実施形態は平行電極型の構造を有するために、電極構造が異なっている。また、FFS方式において特に平行電極型の構造を有する方式に対しては、前述のように平行電極型のFFS方式がL/d<1かつL/w<1、即ち電極間距離がセルギャップ及び電極幅よりも小さいものとして規定されており、本実施形態では電極間距離がセルギャップ及び電極幅より大きく、特に電極幅がセルギャップより小さい点が異なる。   Further, in the FFS method used in the conventional second liquid crystal display device described in Patent Document 1, this embodiment has a parallel electrode type structure particularly for a method having a stacked electrode type structure. In order to have, the electrode structure is different. In the FFS method, particularly for a method having a parallel electrode type structure, as described above, the parallel electrode type FFS method is L / d <1 and L / w <1, that is, the inter-electrode distance is the cell gap and In this embodiment, the distance between the electrodes is larger than the cell gap and the electrode width, and in particular, the electrode width is smaller than the cell gap.

電界に応じて液晶分子の集団が変形するとき、広がり(splay:スプレイ)、ねじり(twist:ツイスト)、曲がり(bend:ベンド)の夫々の歪みに対するスプレイ弾性定数K11、ツイスト弾性定数K22、及びベンド弾性定数K33に応じて弾性力が作用する。   When a group of liquid crystal molecules is deformed in response to an electric field, the splay elastic constant K11, the twist elastic constant K22, and the bend with respect to respective strains of spread (twist), twist (bend), and bend (bend). Elastic force acts according to the elastic constant K33.

ポジ型液晶分子51は、一例として、波長550nmにおける屈折率異方性Δnが0.1、誘電率異方性Δεが14、液晶の配向ベクトルに平行な方向の誘電率が18.4、弾性定数がK11=11.3[pN](ピコニュートン)、K22=6.9[pN]、K33=11.6[pN]なる物性値を有する。この液晶分子は、ツイスト弾性定数K22がベンド弾性定数K33よりも小さく、ツイスト変形が容易となっている。   As an example, the positive liquid crystal molecule 51 has a refractive index anisotropy Δn of 0.1, a dielectric anisotropy Δε of 14 at a wavelength of 550 nm, a dielectric constant of 18.4 in a direction parallel to the alignment vector of the liquid crystal, and an elasticity. The constants have physical property values of K11 = 11.3 [pN] (piconewton), K22 = 6.9 [pN], K33 = 11.6 [pN]. This liquid crystal molecule has a twist elastic constant K22 smaller than the bend elastic constant K33, and is easily twisted.

図2に示すように、このポジ型液晶分子51の配向状態は、画素電極3a及び共通電極3b間に電圧を印加しない初期状態において、液晶分子の長軸方向がほぼX軸方向となるよう配向処理されている。なお、上述の偏光板は、液晶表示装置1の両面側に配置された2枚のうち1枚が、その吸収軸を液晶分子の長軸方向に合わせて配置され、この偏光板と吸収軸が直交配置するようにして、もう1枚の偏光板が配置されている。   As shown in FIG. 2, the alignment state of the positive liquid crystal molecules 51 is such that the major axis direction of the liquid crystal molecules is substantially the X-axis direction in the initial state where no voltage is applied between the pixel electrode 3a and the common electrode 3b. Has been processed. Note that one of the two polarizing plates arranged on both sides of the liquid crystal display device 1 is arranged with its absorption axis aligned with the major axis direction of the liquid crystal molecules. Another polarizing plate is arranged so as to be orthogonally arranged.

共通電極3bと画素電極3aとの間に±5V・60Hzの矩形波である電圧を印加した場合のポジ型液晶分子51の配向状態は、図1に示すように、電極間の主基板2a又は対向基板2bの界面付近では、配向処理によるアンカリング効果のため、ほぼX軸方向に配向しているが、基板界面から離れるに従い、平行電極により発生する横電界の方向に従って、Y軸方向に配向変化している。一方で、電極上の液晶配向状態は、対向基板2bの界面付近では電極間と同様に初期配向のままであるが、対向基板2bから離れるに従い電極間と同様にY軸方向に配向している。主基板2aの画素電極3a又は共通電極3b付近では、多少Z軸方向への立ち上がりが見られるものの、その部分の液晶層の厚さは1μmよりも小さい。   As shown in FIG. 1, the alignment state of the positive liquid crystal molecules 51 when a voltage that is a square wave of ± 5 V · 60 Hz is applied between the common electrode 3b and the pixel electrode 3a is as follows. In the vicinity of the interface of the counter substrate 2b, the alignment is almost in the X-axis direction due to the anchoring effect by the alignment treatment, but as the distance from the substrate interface, the alignment in the Y-axis direction follows the direction of the horizontal electric field generated by the parallel electrodes. It has changed. On the other hand, the liquid crystal alignment state on the electrodes remains in the initial alignment in the vicinity of the interface of the counter substrate 2b, as between the electrodes, but is aligned in the Y-axis direction in the same manner as between the electrodes as the distance from the counter substrate 2b increases. . In the vicinity of the pixel electrode 3a or the common electrode 3b on the main substrate 2a, although a slight rise in the Z-axis direction is observed, the thickness of the liquid crystal layer in that portion is smaller than 1 μm.

即ち、特許文献1に記載されている従来の第1の液晶表示装置に使用されるIPS方式では、前述のように、電極の上方に位置する液晶分子はほとんど駆動されないのに対して、本実施形態での電極上の液晶分子は、電極間の液晶分子の配向方向と同様に、Y軸方向に配向変化する点が異なる。   That is, in the IPS system used in the conventional first liquid crystal display device described in Patent Document 1, as described above, the liquid crystal molecules located above the electrodes are hardly driven, whereas this embodiment is implemented. The liquid crystal molecules on the electrodes in the form are different in that the orientation changes in the Y-axis direction, similar to the orientation direction of the liquid crystal molecules between the electrodes.

また、特許文献1に記載されている従来の第2の液晶表示装置に使用されるFFS方式では、平行電極型においても、また積層電極型においても、小さな電極間距離により発生したZ方向の強い電界成分によって電極上の液晶分子を配向変化させているが、本実施形態での電極上の液晶分子は、その大部分が電極間の液晶分子の配向変化に追従して、Y軸方向に配向変化している。   Further, in the FFS system used in the conventional second liquid crystal display device described in Patent Document 1, both the parallel electrode type and the stacked electrode type have a strong Z direction generated due to a small inter-electrode distance. Although the liquid crystal molecules on the electrodes are changed in orientation by the electric field component, the liquid crystal molecules on the electrodes in this embodiment are mostly aligned in the Y-axis direction following the change in the orientation of the liquid crystal molecules between the electrodes. It has changed.

図3に示すように、この液晶表示装置1は、例えば、携帯電話9に搭載される。   As shown in FIG. 3, the liquid crystal display device 1 is mounted on, for example, a mobile phone 9.

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る液晶表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る液晶表示装置の光変調動作について説明する。図4は、共通電極と画素電極との間に電圧を印加しない場合の液晶表示装置の透過率分布を示すための顕微鏡写真であり、図5は、共通電極と画素電極との間に±5V・60Hzの矩形波電圧を印加した場合の液晶表示装置の透過率分布を示すための顕微鏡写真であり、図6は、電極間中央部の直径1μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフであり、図7は、電極上の直径1μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフであり、図8は、この液晶表示装置の電圧印加時の動作原理について解析するため、液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果であり、図9は、図8のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図であり、図10は電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。   Next, the operation of the liquid crystal display device according to this embodiment configured as described above, that is, the light modulation operation of the liquid crystal display device according to this embodiment will be described. FIG. 4 is a photomicrograph for showing the transmittance distribution of the liquid crystal display device when no voltage is applied between the common electrode and the pixel electrode, and FIG. 5 is ± 5 V between the common electrode and the pixel electrode. FIG. 6 is a micrograph for showing a transmittance distribution of a liquid crystal display device when a rectangular wave voltage of 60 Hz is applied, and FIG. 6 is a graph in which voltage-transmittance characteristics are measured in a region having a diameter of 1 μm at the center between electrodes. 7 is a graph obtained by measuring the voltage-transmittance characteristics in a 1 μm diameter region on the electrode. FIG. 8 is a graph showing the liquid crystal alignment and the liquid crystal alignment in order to analyze the operation principle of the liquid crystal display device when a voltage is applied. FIG. 9 is a result of simulating electric field distribution and transmittance distribution. FIG. 9 is an enlarged view showing liquid crystal alignment on the electrode in the simulation result of FIG. 8, and FIG. 10 is a 100 μm diameter including the electrode and between the electrodes. It is a graph of transmittance characteristics - voltage at the frequency.

図4に示すように、共通電極と画素電極との間に電圧を印加しないときには、液晶分子の長軸方向が偏光板の吸収軸方向と一致し、かつ2枚の偏光板が吸収軸を直交して配置されているため、透過率が非常に小さい、いわゆる黒状態となる。   As shown in FIG. 4, when no voltage is applied between the common electrode and the pixel electrode, the major axis direction of the liquid crystal molecules coincides with the absorption axis direction of the polarizing plate, and the two polarizing plates are orthogonal to the absorption axis. Therefore, the transmittance becomes very small, that is, a so-called black state.

次に、図5に示すように、共通電極と画素電極との間に電圧を印加した場合には、透過率が大きくなる白状態となるが、本実施形態では電極間の領域だけでなく、特に電極上の領域も透過率が上昇している点が特徴である。この透過率の値について検討するため、電極間中央部の直径1μmの領域において、電圧−透過率特性を測定した結果が図6のグラフであり、同様に電極上の直径1μmの領域において、電圧−透過率特性を測定した結果が図7のグラフである。透過率の値は、偏光板の光学特性の影響を排除するため、2枚の偏光板の吸収軸を平行配置した場合を100%と定義してある。夫々、電圧は0Vから5Vまでを印加している。電極間中央部では、電圧4.5Vにおいて最大透過率64%が得られている。また、電極上では、同様に電圧4.5Vにおいて最大透過率47%が得られている。この電極上の透過率の値は、従来の電極幅が大きなIPS方式よりも大きな値となっている。   Next, as shown in FIG. 5, when a voltage is applied between the common electrode and the pixel electrode, a white state in which the transmittance increases is obtained, but in this embodiment, not only the region between the electrodes, In particular, the region on the electrode is also characterized by an increase in transmittance. In order to examine this transmittance value, the result of measuring the voltage-transmittance characteristics in the region of 1 μm diameter in the central part between the electrodes is the graph of FIG. 6. Similarly, in the region of 1 μm diameter on the electrode, the voltage -The result of having measured the transmittance | permeability characteristic is the graph of FIG. The value of transmittance is defined as 100% when the absorption axes of two polarizing plates are arranged in parallel in order to eliminate the influence of the optical characteristics of the polarizing plate. Respective voltages are applied from 0V to 5V. In the central portion between the electrodes, a maximum transmittance of 64% is obtained at a voltage of 4.5V. Similarly, on the electrode, a maximum transmittance of 47% is obtained at a voltage of 4.5V. The transmittance value on the electrode is larger than that of the conventional IPS system having a large electrode width.

電極上の透過率が電圧印加により上昇するためには、電極上の液晶分子の配向方向が、電圧印加により透過率を上昇するように配向変化する必要がある。具体的には、電極間の液晶分子のように、液晶分子の配向ベクトルの向きがY軸方向となるように配向変化していればよい。そこで、この電極上の液晶分子の配向変化について解析するため、市販の液晶配向シミュレータを使用して、液晶分子の挙動と電界分布を検証した。この結果を図8に示すが、これは特にYZ平面について示したものである。また、電界分布は電位の等しい等電位線を示している。図8に示すように、電極間の特に電極間中央付近では、電界の向きはY軸方向となるため、液晶分子はY軸方向に大きく回転している。なお、電極間領域の基板付近では、配向処理によるアンカリング効果のため、液晶分子がY軸方向に回転しない液晶分子が発生するものの、Z軸方向に対するその割合は非常に小さい。一方で、電極上の領域に着目すると、電界はほぼ+Z方向となっているため、電極のごく近傍の液晶分子は発生したZ軸方向の縦電界により若干立ち上がりを見せているが(図9参照)、その角度とZ軸方向に対する割合は小さい。大部分の液晶分子は、電界の方向に従わずに、電極間の液晶分子と同様、Y軸方向に大きく回転していることがわかる。即ち、電極上の電極近傍以外の領域では、液晶分子がZ軸方向の縦電界方向に配向変化せず、電極間の液晶分子配向に追従してY軸方向に回転している。この結果、電極上の透過率が上昇することになる。   In order for the transmittance on the electrode to increase by applying a voltage, the alignment direction of the liquid crystal molecules on the electrode needs to be changed so that the transmittance increases by applying the voltage. Specifically, as in the case of liquid crystal molecules between electrodes, it is only necessary that the orientation change so that the orientation vector of the liquid crystal molecules is in the Y-axis direction. Therefore, in order to analyze the change in orientation of the liquid crystal molecules on this electrode, the behavior and electric field distribution of the liquid crystal molecules were verified using a commercially available liquid crystal orientation simulator. The results are shown in FIG. 8, which is particularly shown for the YZ plane. The electric field distribution indicates equipotential lines having the same potential. As shown in FIG. 8, since the direction of the electric field is in the Y-axis direction, particularly near the center between the electrodes, the liquid crystal molecules are greatly rotated in the Y-axis direction. In the vicinity of the substrate in the inter-electrode region, liquid crystal molecules are generated in which the liquid crystal molecules do not rotate in the Y-axis direction due to the anchoring effect due to the alignment treatment, but the ratio with respect to the Z-axis direction is very small. On the other hand, focusing on the region on the electrode, since the electric field is almost in the + Z direction, the liquid crystal molecules in the immediate vicinity of the electrode show a slight rise due to the generated vertical electric field in the Z-axis direction (see FIG. 9). ), The ratio of the angle and the Z-axis direction is small. It can be seen that most liquid crystal molecules are largely rotated in the Y-axis direction, like the liquid crystal molecules between the electrodes, without following the direction of the electric field. That is, in a region other than the vicinity of the electrode on the electrode, the liquid crystal molecules do not change in the vertical electric field direction in the Z-axis direction, and rotate in the Y-axis direction following the liquid crystal molecule alignment between the electrodes. As a result, the transmittance on the electrode increases.

電極上の液晶分子が、縦電界に反して電極間の液晶配向に追従する理由としては、まず電極幅がセルギャップより小さい点が挙げられる。これにより電極上の液晶分子は、基板界面に接する領域よりも、電極間の液晶分子に接する領域が大きくなるため、基板界面の初期配向に束縛されるよりも、電極間の液晶配向に追従し易くなる。前述のように、特許文献1に記載の従来のIPS方式では、電極上の液晶分子は、電圧を印加しても初期配向からほとんど配向変化しないが、これは基板界面の束縛の方が大きいためと考えられる。本実施形態では、電極幅がセルギャップより小さく形成されることで、基板界面の束縛が相対的に低下し、電極間の液晶配向に追従し易くなっている。   The reason why the liquid crystal molecules on the electrodes follow the liquid crystal alignment between the electrodes against the longitudinal electric field is that the electrode width is smaller than the cell gap. This allows the liquid crystal molecules on the electrodes to follow the liquid crystal alignment between the electrodes rather than being constrained by the initial alignment at the substrate interface, because the area in contact with the liquid crystal molecules between the electrodes is larger than the region in contact with the substrate interface. It becomes easy. As described above, in the conventional IPS method described in Patent Document 1, the liquid crystal molecules on the electrode hardly change their orientation from the initial orientation even when a voltage is applied, but this is because the substrate interface is more constrained. it is conceivable that. In the present embodiment, since the electrode width is formed smaller than the cell gap, the binding at the substrate interface is relatively lowered, and the liquid crystal alignment between the electrodes is easily followed.

即ち、電極上の液晶分子は、電界に反して初期配向に留まるよりも、電界に反して電極間の液晶配向に追従してツイスト変形する方が、エネルギー的に安定であることを示している。   That is, the liquid crystal molecules on the electrodes are more energetically stable when they are twist-deformed following the liquid crystal alignment between the electrodes against the electric field, rather than staying in the initial alignment against the electric field. .

更に、電極上の液晶分子が電極間の液晶配向に追従することにより、従来のIPSと比較して電極近傍の液晶分子もツイスト変形し易くなるため、電極間の透過率を向上する効果も得られる。   Furthermore, since the liquid crystal molecules on the electrodes follow the liquid crystal alignment between the electrodes, the liquid crystal molecules in the vicinity of the electrodes are more likely to be twist-deformed as compared with the conventional IPS. It is done.

なお、本実施形態におけるポジ型液晶分子51のように、液晶分子のツイスト弾性定数K22をベンド弾性定数K33よりも小さくすることで、ツイスト変形時の自由エネルギーを小さくできるため、電極上の液晶分子は、電極間の液晶分子に追従してよりツイスト変形し易くなる。これにより、電極上の液晶層の透過率をより効率的に向上できる。   In addition, since the free energy at the time of twist deformation can be reduced by making the twist elastic constant K22 of the liquid crystal molecule smaller than the bend elastic constant K33 like the positive liquid crystal molecule 51 in the present embodiment, the liquid crystal molecule on the electrode can be reduced. Becomes more easily twist-deformed following the liquid crystal molecules between the electrodes. Thereby, the transmittance of the liquid crystal layer on the electrode can be improved more efficiently.

なお、図10に示すように、本実施形態での最大透過率は56%となっており、後述する本発明の第1比較例に示す従来のIPS方式と比較して、1.3倍程度透過率が向上している。   As shown in FIG. 10, the maximum transmittance in this embodiment is 56%, which is about 1.3 times that of the conventional IPS system shown in the first comparative example of the present invention described later. The transmittance is improved.

本発明の液晶表示装置によれば、櫛歯状の平行電極を有する横電界モードの液晶表示装置において、電圧印加時に電極上の液晶分子を電極間の液晶分子と同様に配向変化させることができるため、特に電極上の透過率を向上でき、電極間の透過率を含めた液晶表示装置の透過率を大きくすることができる。更に、電極上のみならず、電極間においても、電極近傍の透過率を高めることができる。この効果は、特に電極幅がセルギャップ以上である従来の平行電極型のIPS方式と比べて大きいため、透過率の高い横電界モードの液晶表示装置が実現できる。   According to the liquid crystal display device of the present invention, in a horizontal electric field mode liquid crystal display device having comb-like parallel electrodes, the orientation of liquid crystal molecules on the electrodes can be changed in the same manner as the liquid crystal molecules between the electrodes when a voltage is applied. Therefore, in particular, the transmittance on the electrodes can be improved, and the transmittance of the liquid crystal display device including the transmittance between the electrodes can be increased. Furthermore, the transmittance in the vicinity of the electrodes can be increased not only on the electrodes but also between the electrodes. This effect is particularly large as compared with the conventional parallel electrode type IPS system in which the electrode width is equal to or larger than the cell gap, so that a lateral electric field mode liquid crystal display device with high transmittance can be realized.

また、特に従来の積層電極型のFFS方式と比較した場合、本発明の液晶表示装置は電極を積層しない平行電極型の構造で透過率を高めることができる。これにより、複雑な積層プロセスを使用せずに実現できるため、液晶表示装置の低コスト化が可能になる。   In particular, when compared with the conventional laminated electrode type FFS method, the liquid crystal display device of the present invention can increase the transmittance with a parallel electrode type structure in which electrodes are not laminated. Thereby, since it can implement | achieve without using a complicated lamination process, the cost reduction of a liquid crystal display device is attained.

また、特に従来の平行電極型のFFS方式と比較した場合、本発明の液晶表示装置は、画素電極と共通電極との間を大きく設けることができるため、両電極間の短絡の発生確率を低減でき、高歩留まりでの製造が可能となる。   In particular, when compared with the conventional parallel electrode type FFS method, the liquid crystal display device of the present invention can provide a large space between the pixel electrode and the common electrode, thereby reducing the probability of occurrence of a short circuit between the two electrodes. Can be manufactured at a high yield.

更に、積層電極型又は平行電極型いずれのFFS方式においても、小さな電極間距離により発生したZ方向の強い電界成分によって電極上の液晶分子を配向変化させているのに対して、本発明の液晶表示装置では電極間の液晶配向変化に追従させて電極上の液晶を配向変化させているため、液晶分子のZ軸方向への立ち上がりを抑制できる。この結果、FFS方式と比較して、液晶分子の斜め方向への立ち上がりが抑制できるため、視野角特性を向上することができる。   Further, in both the stacked electrode type and the parallel electrode type FFS methods, the liquid crystal molecules on the electrodes are changed in orientation by a strong electric field component in the Z direction generated by a small interelectrode distance, whereas the liquid crystal of the present invention is changed. Since the display device changes the alignment of the liquid crystal on the electrodes by following the change in the alignment of the liquid crystal between the electrodes, the rising of the liquid crystal molecules in the Z-axis direction can be suppressed. As a result, since the rising of the liquid crystal molecules in the oblique direction can be suppressed as compared with the FFS method, the viewing angle characteristics can be improved.

更にまた、本発明の液晶表示装置では、電極間の液晶分子と電極上の液晶分子の配向方向を揃えることができるため、Y軸方向の屈折率分布を低減でき、これにより回折の発生を抑制できる。回折により斜め方向に進行する光はコントラストを低下させてしまうため、この回折現象を抑制できることにより、高コントラスト化など視野角特性を向上できる。   Furthermore, in the liquid crystal display device of the present invention, since the alignment direction of the liquid crystal molecules between the electrodes and the liquid crystal molecules on the electrodes can be aligned, the refractive index distribution in the Y-axis direction can be reduced, thereby suppressing the occurrence of diffraction. it can. Light traveling in an oblique direction due to diffraction lowers the contrast. Therefore, by suppressing this diffraction phenomenon, viewing angle characteristics such as high contrast can be improved.

本発明の液晶表示装置を具備した携帯端末装置は、液晶表示装置の透過率が高いため、高輝度な表示が可能となる。また、従来程度の輝度で使用した場合には、バックライトの光量を抑えることができるため、電力の削減が可能となる。更に、従来程度の輝度で、従来程度の電力が使用できれば、透過率の向上を画素数の増加に振り向けることができるため、より多くの情報を表示できる。これは特に、画面サイズが限定される携帯端末装置に適する。   The portable terminal device provided with the liquid crystal display device of the present invention can display with high luminance because the transmittance of the liquid crystal display device is high. In addition, when used at a luminance of a conventional level, the amount of light from the backlight can be suppressed, so that power can be reduced. Further, if the conventional power can be used with the brightness of the conventional level, the improvement in the transmittance can be directed to the increase in the number of pixels, so that more information can be displayed. This is particularly suitable for portable terminal devices with limited screen sizes.

なお、本実施形態の液晶表示装置は、画素電極及び共通電極がITO等の透明導電体により構成される例について記載したが、本発明はこれに限定されず、光学的に不透明な金属で構成されていても良い。一般的にアルミニウム等の金属はITOよりも加工性が高いため、電極の微細化が容易になる。一方で、電極が不透明化されることにより、電極上の配向が透過率向上に寄与する割合は若干低下するものの、前述のように電極近傍領域でも微細化により透過率を向上する効果が得られるため、総合すると透過率を向上することができる。なお、このように金属で電極を形成する際には電極幅を可能な限り小さくする方が良く、特に1μm未満にするのが好ましい。   In addition, although the liquid crystal display device of this embodiment described the example in which the pixel electrode and the common electrode are configured by a transparent conductor such as ITO, the present invention is not limited thereto, and is configured by an optically opaque metal. May be. In general, a metal such as aluminum has a higher workability than ITO, so that the electrodes can be easily miniaturized. On the other hand, the ratio of the orientation on the electrode that contributes to the improvement of transmittance is slightly reduced by making the electrode opaque, but as described above, the effect of improving the transmittance by miniaturization can be obtained even in the vicinity of the electrode. Therefore, the transmittance can be improved when combined. In addition, when forming an electrode with a metal in this way, it is better to make the electrode width as small as possible, and it is particularly preferable to make it less than 1 μm.

また、本実施形態の液晶表示装置では、液晶分子の基板側界面に配向膜を有するものとして記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、液晶分子が所定の方向に配向するように処理されていれば不要となるため、本発明の必須の構成要件ではない。   Moreover, in the liquid crystal display device of this embodiment, although it described as having an alignment film in the board | substrate side interface of a liquid crystal molecule, this invention is not limited to this, It seems that a liquid crystal molecule aligns in a predetermined direction. Therefore, it is not an essential component of the present invention.

また、本実施形態の液晶表示装置では、画素電極及び共通電極が同層に形成された場合について記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、平行電極型であれば異なる層に形成されていてもよく、またこの異なる電極層の間に絶縁層が形成されていてもよい。特に、アクティブマトリクス型に適用する際には、画素の薄膜トランジスタを形成するゲート電極と、ソース又はドレイン電極を用いて画素電極及び共通電極を形成することができ、平行電極用に新たな層を設ける必要がないため、低コスト化が可能となる。   In the liquid crystal display device of this embodiment, the case where the pixel electrode and the common electrode are formed in the same layer has been described. However, the present invention is not limited to this, and the parallel electrode type may be provided in different layers. It may be formed, and an insulating layer may be formed between the different electrode layers. In particular, when applied to an active matrix type, a pixel electrode and a common electrode can be formed using a gate electrode forming a thin film transistor of a pixel and a source or drain electrode, and a new layer is provided for a parallel electrode. Since it is not necessary, the cost can be reduced.

また、画素電極及び共通電極は、その長手方向がX軸方向であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、X軸方向に対して傾斜して配置されていてもよいし、この傾斜がX軸上の座標により異なる値を有してマルチドメイン化されていても良い。   Further, the pixel electrode and the common electrode have been described as having the longitudinal direction in the X-axis direction. However, the present invention is not limited to this, and the pixel electrode and the common electrode may be arranged inclined with respect to the X-axis direction. Alternatively, this slope may be multi-domained with different values depending on the coordinates on the X axis.

前述のように、本発明の液晶表示装置は、携帯電話等の携帯端末装置に好適に適用することができる。携帯端末装置としては携帯電話のみならず、PDA(Personal Digital Assistant:個人用情報端末)、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の各種の携帯端末装置に適用することができる。また、携帯端末装置のみならず、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の各種の端末装置に適用することができる。   As described above, the liquid crystal display device of the present invention can be suitably applied to a mobile terminal device such as a mobile phone. The mobile terminal device can be applied not only to a mobile phone but also to various mobile terminal devices such as a PDA (Personal Digital Assistant), a game machine, a digital camera, and a digital video camera. Further, the present invention can be applied not only to portable terminal devices but also to various terminal devices such as notebook personal computers, cash dispensers, and vending machines.

次に、本発明の液晶表示装置に対する第1の比較例について説明する。図11は本比較例に係る液晶表示装置の電圧印加時の状態を示す断面図であり、図12は、共通電極と画素電極との間に±5V・60Hzの矩形波電圧を印加した場合の本比較例の液晶表示装置の透過率分布を示すための顕微鏡写真であり、図13は、電極間中央部の直径1μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフであり、図14は、電極上の直径1μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフであり、図15は、この液晶表示装置の電圧印加時の動作原理について解析するため、液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果であり、図16は、図15のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図であり、図17は電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。   Next, a first comparative example for the liquid crystal display device of the present invention will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state when a voltage is applied to the liquid crystal display device according to this comparative example, and FIG. 12 shows a case where a ± 5 V / 60 Hz rectangular wave voltage is applied between the common electrode and the pixel electrode. FIG. 13 is a photomicrograph for showing the transmittance distribution of the liquid crystal display device of this comparative example, FIG. 13 is a graph in which the voltage-transmittance characteristics are measured in a region having a diameter of 1 μm at the center between the electrodes, and FIG. FIG. 15 is a graph showing the voltage-transmittance characteristics measured in a 1 μm diameter region on the electrode. FIG. 15 shows the liquid crystal alignment, electric field distribution, and transmittance distribution in order to analyze the operating principle of the liquid crystal display device when a voltage is applied. FIG. 16 is an enlarged view showing the liquid crystal alignment on the electrodes in the simulation result of FIG. 15, and FIG. 17 shows the voltage in a region of 100 μm in diameter including the electrodes and between the electrodes. It is a graph of transmittance characteristic.

図11に示すように、本第1比較例に示す液晶表示装置11は、本第1実施形態における液晶表示装置1と比較して、電極幅が大きく設定されている点が異なる。即ち、本第1実施形態では、画素電極3a及び共通電極3bの電極幅が1μmであったのに対し、本第1比較例では、画素電極31a及び共通電極31bの電極幅が3μmに形成されている。なお、セルギャップの値は本第1実施形態と同様に3μmに設定されているため、本比較例では電極幅とセルギャップが同じになっている。   As shown in FIG. 11, the liquid crystal display device 11 shown in the first comparative example is different from the liquid crystal display device 1 in the first embodiment in that the electrode width is set larger. In other words, in the first embodiment, the electrode width of the pixel electrode 3a and the common electrode 3b is 1 μm, whereas in the first comparative example, the electrode width of the pixel electrode 31a and the common electrode 31b is 3 μm. ing. Since the value of the cell gap is set to 3 μm as in the first embodiment, the electrode width and the cell gap are the same in this comparative example.

更に、電圧印加時におけるポジ型液晶分子51の配向状態は、電極間の主基板2a又は対向基板2bの界面付近では、配向処理によるアンカリング効果のため、ほぼX軸方向に配向しているが、基板界面から離れるに従い、平行電極により発生する横電界の方向に従って、Y軸方向に配向変化している。この点では、本第1実施形態と同様である。一方で、電極上の液晶配向状態は、対向基板2bの界面付近では電極間と同様に初期配向のままであり、対向基板2bから離れてもY軸方向に配向せず、初期配向の状態を保っている。即ち、本第1実施形態では、電極上の液晶分子が対向基板2bから離れた部分ではY軸方向に配向変化していたのに対し、本比較例ではY軸方向に変化していない点が異なる。本比較例における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。   Furthermore, the alignment state of the positive liquid crystal molecules 51 when a voltage is applied is aligned in the X-axis direction in the vicinity of the interface of the main substrate 2a or the counter substrate 2b between the electrodes due to the anchoring effect by the alignment process. As the distance from the substrate interface increases, the orientation changes in the Y-axis direction according to the direction of the transverse electric field generated by the parallel electrodes. This is the same as the first embodiment. On the other hand, the liquid crystal alignment state on the electrodes remains in the initial alignment in the vicinity of the interface of the counter substrate 2b, as between the electrodes, and does not align in the Y-axis direction even when separated from the counter substrate 2b. I keep it. That is, in the first embodiment, the liquid crystal molecules on the electrode are changed in the Y-axis direction in the portion away from the counter substrate 2b, whereas in this comparative example, the liquid crystal molecules are not changed in the Y-axis direction. Different. Other configurations in the comparative example are the same as those in the first embodiment described above.

本第1比較例は、特許文献1に記載されている従来の第1の液晶表示装置に使用されているIPS方式と同様である。即ち、電極幅がセルギャップ以上の値を有し、電極の上方に位置する液晶分子はほとんど駆動されていない場合を示すものである。   The first comparative example is the same as the IPS method used in the conventional first liquid crystal display device described in Patent Document 1. That is, the electrode width has a value equal to or larger than the cell gap, and the liquid crystal molecules located above the electrode are hardly driven.

次に、上述の如く構成された本第1比較例に係る液晶表示装置の動作について説明する。図12に示すように、共通電極と画素電極との間に電圧を印加した場合には、透過率が大きくなる白状態となるが、本比較例では電極間の領域は透過率が大きくなり、写真では明るく観察されるものの、電極上の領域は暗くなっており、透過率が大きく低下していると考えられる。そこで、この透過率の値について検討するため、電極間中央部の直径1μmの領域において、電圧−透過率特性を測定した結果が図13のグラフであり、同様に電極上の直径1μmの領域において、電圧−透過率特性を測定した結果が図14のグラフである。夫々電圧は0Vから5Vまでを印加している。電極間中央部では、電圧4.1Vにおいて最大透過率59%が得られている。これに対して、電極上では、同様に電圧4.1Vにおいて透過率は最大となり、その値は24%に留まっている。即ち、電極間の透過率の値は、本第1実施形態とほぼ同等の結果が得られているにもかかわらず、電極上の透過率の値は大幅に低下している。   Next, the operation of the liquid crystal display device according to the first comparative example configured as described above will be described. As shown in FIG. 12, when a voltage is applied between the common electrode and the pixel electrode, a white state in which the transmittance is increased is obtained, but in this comparative example, the transmittance is increased in the region between the electrodes. Although it is observed brightly in the photograph, it is considered that the area on the electrode is dark and the transmittance is greatly reduced. Therefore, in order to examine the value of the transmittance, the result of measuring the voltage-transmittance characteristics in the region having a diameter of 1 μm at the center portion between the electrodes is the graph of FIG. 13. Similarly, in the region having a diameter of 1 μm on the electrode. FIG. 14 is a graph showing the results of measuring the voltage-transmittance characteristics. Each voltage is applied from 0V to 5V. In the central portion between the electrodes, a maximum transmittance of 59% is obtained at a voltage of 4.1V. On the other hand, on the electrode, similarly, the transmittance becomes maximum at a voltage of 4.1 V, and the value remains at 24%. In other words, the transmittance value between the electrodes is greatly reduced although the result of the transmittance between the electrodes is almost the same as that of the first embodiment.

次に、電極上の透過率低下について検討するため、市販の液晶配向シミュレータを使用して、液晶分子の配向、電界分布、透過率分布を解析した。この結果を図15に示す。また図16は、図15の結果において、特に電極上の液晶配向を拡大したものである。図15に示すように、電極間の特に電極間中央付近では、電界の向きはY軸方向となるため、液晶分子はY軸方向に大きく回転しており、この結果透過率は向上している。一方で、電極上の領域では透過率が低下しているが、これは図16に示すように、電極上の液晶分子が電極間の配向変化に殆ど追従せず、初期配向を保っていることが理由である。即ち、従来のIPS方式では、電極の上方に位置する液晶分子が殆ど駆動されず、この結果電極上の透過率が上昇していないことがわかる。   Next, in order to examine the decrease in transmittance on the electrode, the orientation, electric field distribution, and transmittance distribution of liquid crystal molecules were analyzed using a commercially available liquid crystal alignment simulator. The result is shown in FIG. FIG. 16 is an enlarged view of the liquid crystal alignment on the electrode in the result of FIG. As shown in FIG. 15, since the direction of the electric field is in the Y-axis direction, particularly near the center between the electrodes, the liquid crystal molecules are greatly rotated in the Y-axis direction. As a result, the transmittance is improved. . On the other hand, the transmittance is reduced in the region on the electrode. As shown in FIG. 16, the liquid crystal molecules on the electrode hardly follow the change in alignment between the electrodes and maintain the initial alignment. Is the reason. That is, in the conventional IPS system, liquid crystal molecules positioned above the electrode are hardly driven, and as a result, the transmittance on the electrode does not increase.

更に、図17に示すように、電極上及び電極間を含めた最大透過率は44%となっており、本第1実施形態と比較して1.3分の1に低下している。このように、従来のIPS方式では、電極上の液晶分子が透過率向上に寄与しないため、液晶表示装置の透過率が低下することが確認できた。   Furthermore, as shown in FIG. 17, the maximum transmittance including on and between the electrodes is 44%, which is reduced by a factor of 1.3 as compared with the first embodiment. As described above, in the conventional IPS system, it was confirmed that the transmittance of the liquid crystal display device was lowered because the liquid crystal molecules on the electrode did not contribute to the improvement of the transmittance.

次に、本発明の液晶表示装置に対する第2の比較例について説明する。図18は、本比較例の液晶表示装置について、電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。   Next, a second comparative example for the liquid crystal display device of the present invention will be described. FIG. 18 is a graph obtained by measuring the voltage-transmittance characteristics of the liquid crystal display device of this comparative example in a region having a diameter of 100 μm including between and between the electrodes.

本第2比較例では、本第1比較例と比べて、電極幅が更に大きく設定されている点が異なる。即ち、本第1比較例における電極幅は3μmであったのに対し、本第2比較例では6μmとなっている。本比較例における上記以外の構成は、前述の第1比較例と同様である。   The second comparative example is different from the first comparative example in that the electrode width is set larger. That is, the electrode width in the first comparative example was 3 μm, whereas in the second comparative example, it was 6 μm. Other configurations in the present comparative example are the same as those in the first comparative example.

本比較例においては、図18に示すように、最大透過率が39%に低下している。即ち、セルギャップに対する電極幅を大きくする程、透過率は低下することがわかる。   In this comparative example, as shown in FIG. 18, the maximum transmittance is reduced to 39%. That is, it is understood that the transmittance decreases as the electrode width with respect to the cell gap is increased.

次に、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図19は本実施形態に係る液晶表示装置の電圧印加時の状態を示す断面図であり、図20はその構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向状態を示す断面図であり、図21は電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。   Next, a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 19 is a cross-sectional view showing a state when a voltage is applied to the liquid crystal display device according to this embodiment, and FIG. 20 is an alignment state of liquid crystal molecules when no voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode which are constituent elements thereof. FIG. 21 is a graph showing voltage-transmittance characteristics measured in a region having a diameter of 100 μm including on and between electrodes.

図19に示すように、本第2実施形態に示す液晶表示装置12においては、本第1実施形態における液晶表示装置1と比較して、幅1μmである画素電極3aと共通電極3bの代わりに、幅が1.5μmである画素電極32aと共通電極32bが使用されている。また、画素電極32aと共通電極32bとの間の間隔、即ち電極間距離は3.8μmに設定されている。更に、主基板2aと対向基板2bとの間には、誘電率異方性が負であるネガ型液晶分子52からなる層が挟持されている。主基板2aと対向基板2bとの間隙、即ちネガ型液晶分子52からなる層の厚さは3.5μmに設定されている。即ち、本第2実施形態においては、電極幅、電極間距離、セルギャップの値は本第1実施形態とは異なるものの、電極幅がセルギャップより小さく形成されている点では同じである。   As shown in FIG. 19, in the liquid crystal display device 12 shown in the second embodiment, the pixel electrode 3a and the common electrode 3b having a width of 1 μm are used instead of the liquid crystal display device 1 in the first embodiment. A pixel electrode 32a and a common electrode 32b having a width of 1.5 μm are used. The distance between the pixel electrode 32a and the common electrode 32b, that is, the interelectrode distance is set to 3.8 μm. Further, a layer made of negative liquid crystal molecules 52 having a negative dielectric anisotropy is sandwiched between the main substrate 2a and the counter substrate 2b. The gap between the main substrate 2a and the counter substrate 2b, that is, the thickness of the layer made of the negative liquid crystal molecules 52 is set to 3.5 μm. That is, in the second embodiment, the values of the electrode width, the inter-electrode distance, and the cell gap are different from the first embodiment, but are the same in that the electrode width is formed smaller than the cell gap.

ネガ型液晶分子52は、一例として、波長550nmにおける屈折率異方性Δnが0.1、誘電率異方性Δεが−6.2、液晶の配向ベクトルに平行な方向の誘電率が4.1、弾性定数がK11=14.6[pN]、K22=6.7[pN]、K33=15.7[pN]なる物性値を有する。ネガ型液晶は、液晶の配向ベクトルに平行な方向の誘電率が、配向ベクトルに垂直な方向の誘電率よりも小さな液晶であり、誘電率異方性は負の値を有する。誘電率の大きな方向が配向ベクトルの向きと直交しているため、電界に対して垂直に配向変化する。なお、この液晶分子は、ツイスト弾性定数K22がベンド弾性定数K33よりも小さいため、第1実施形態において説明したように、ツイスト変形が容易となっており、電極上の液晶層の透過率をより効率的に向上できる。   For example, the negative liquid crystal molecule 52 has a refractive index anisotropy Δn of 0.1 at a wavelength of 550 nm, a dielectric anisotropy Δε of −6.2, and a dielectric constant in a direction parallel to the alignment vector of the liquid crystal of 4. 1. The elastic constants have physical property values of K11 = 14.6 [pN], K22 = 6.7 [pN], K33 = 15.7 [pN]. The negative liquid crystal is a liquid crystal in which the dielectric constant in the direction parallel to the alignment vector of the liquid crystal is smaller than the dielectric constant in the direction perpendicular to the alignment vector, and the dielectric anisotropy has a negative value. Since the direction with a large dielectric constant is orthogonal to the direction of the orientation vector, the orientation changes perpendicular to the electric field. Since the liquid crystal molecule has a twist elastic constant K22 smaller than the bend elastic constant K33, as described in the first embodiment, the twist deformation is easy, and the transmittance of the liquid crystal layer on the electrode is further increased. It can be improved efficiently.

図20に示すように、画素電極32a及び共通電極32b間に電圧を印加しない状態、即ち初期状態としてのネガ型液晶分子52の配向状態は、液晶分子の長軸方向がほぼY軸方向となるように配向処理されている。   As shown in FIG. 20, in the state in which no voltage is applied between the pixel electrode 32a and the common electrode 32b, that is, the alignment state of the negative liquid crystal molecules 52 as an initial state, the major axis direction of the liquid crystal molecules is substantially the Y-axis direction. Orientation treatment is performed.

共通電極32bと画素電極32aとの間に±6V・60Hzの矩形波である電圧を印加した場合のネガ型液晶分子52の配向状態は、図19に示すように、電極間の主基板2a又は対向基板2bの界面付近では、配向処理によるアンカリング効果のため、ほぼY軸方向に配向しているが、基板界面から離れるに従い、平行電極により発生する横電界の方向と直交するように、X軸方向に配向変化している。一方で、電極上の液晶配向状態は、対向基板2bの界面付近では電極間と同様に初期配向のままであるが、対向基板2bから離れるに従い電極間と同様にX軸方向に配向している。主基板2aの画素電極32a又は共通電極32b付近では、多少Z軸方向への立ち上がりが見られるものの、その部分の液晶層の厚さは1μmより小さく、また本第1実施形態の場合よりも小さい。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。   As shown in FIG. 19, the alignment state of the negative liquid crystal molecules 52 when a voltage that is a square wave of ± 6 V · 60 Hz is applied between the common electrode 32b and the pixel electrode 32a is as follows. In the vicinity of the interface of the counter substrate 2b, the alignment is almost in the Y-axis direction due to the anchoring effect due to the alignment treatment, but as the distance from the substrate interface increases, the X direction is perpendicular to the direction of the transverse electric field generated by the parallel electrodes. The orientation changes in the axial direction. On the other hand, the liquid crystal alignment state on the electrodes remains in the initial alignment in the vicinity of the interface of the counter substrate 2b, as between the electrodes, but is aligned in the X-axis direction in the same manner as between the electrodes as the distance from the counter substrate 2b increases. . In the vicinity of the pixel electrode 32a or the common electrode 32b on the main substrate 2a, although a slight rise in the Z-axis direction is observed, the thickness of the liquid crystal layer at that portion is smaller than 1 μm and smaller than in the case of the first embodiment. . Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、上述の如く構成された本第2実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。図19に示すように、共通電極と画素電極との間に電圧を印加した場合には、透過率が大きくなる白状態となるが、本実施形態では電極間の領域は透過率が大きくなる。また、電極上の領域においては、本第1実施形態よりも高い透過率を実現することができる。この結果、図21に示すように、電極上及び電極間を含めた最大透過率は77%となっており、本第1実施形態と比較して1.37倍の透過率が得られている。また、本第1比較例に記載の従来のIPS方式と比較すると、1.75倍という高い透過率が得られている。   Next, the operation of the liquid crystal display device according to the second embodiment configured as described above will be described. As shown in FIG. 19, when a voltage is applied between the common electrode and the pixel electrode, a white state in which the transmittance increases is obtained, but in the present embodiment, the region between the electrodes has a large transmittance. In the region on the electrode, higher transmittance than that of the first embodiment can be realized. As a result, as shown in FIG. 21, the maximum transmittance including on and between the electrodes is 77%, and the transmittance is 1.37 times that of the first embodiment. . Further, a high transmittance of 1.75 times is obtained as compared with the conventional IPS system described in the first comparative example.

そこで、ネガ型液晶を使用した際の電極上の透過率及び液晶配向について検討するため、市販の液晶配向シミュレータを使用して、液晶分子の配向、電界分布、透過率分布を解析した。この結果を図22に示す。また図23は、図22の結果において、特に電極上の液晶配向を拡大したものである。図22及び図23に示すように、電極間の特に電極間中央付近では、電界の向きはY軸方向となるため、液晶分子はこの電界と直交する方向であるX軸方向に大きく回転しており、この結果透過率は向上している。なお、電極間領域の基板付近では、配向処理によるアンカリング効果のため、液晶分子がX軸方向に回転しない液晶分子が発生するものの、Z軸方向に対するその割合は非常に小さい。一方で、電極上の領域に着目すると、基板間の中央付近の液晶分子は、電極間の液晶分子の配向変化に追従して、X軸方向に大きく回転しており、この結果透過率は向上している。電極近傍ではZ軸方向の縦電界が発生するが、ネガ型液晶の場合には配向ベクトルの向きと電界が直交するように配向変化するため、電界はX軸方向の回転を妨げることにならない。このため、本第1実施形態のポジ型液晶分子の場合と異なり、電極上の液晶分子はより自由にX軸方向へ回転することができるため、電極上の透過率をより向上することができる。また、液晶分子は縦電界に追従してZ方向に回転することがないため、特に電極近傍の液晶分子の立ち上がりを防止できることも、電極上の透過率を向上できる一因となっている。   Therefore, in order to examine the transmittance and liquid crystal alignment on the electrode when using negative type liquid crystal, a commercially available liquid crystal alignment simulator was used to analyze the alignment, electric field distribution, and transmittance distribution of liquid crystal molecules. The result is shown in FIG. FIG. 23 is an enlarged view of the liquid crystal alignment on the electrode in the result of FIG. As shown in FIGS. 22 and 23, since the direction of the electric field is the Y-axis direction, particularly near the center between the electrodes, the liquid crystal molecules are greatly rotated in the X-axis direction, which is a direction perpendicular to the electric field. As a result, the transmittance is improved. In the vicinity of the substrate in the inter-electrode region, liquid crystal molecules are generated in which the liquid crystal molecules do not rotate in the X-axis direction due to the anchoring effect due to the alignment treatment, but the ratio to the Z-axis direction is very small. On the other hand, focusing on the area on the electrodes, the liquid crystal molecules near the center between the substrates follow the change in the orientation of the liquid crystal molecules between the electrodes and rotate greatly in the X-axis direction. As a result, the transmittance is improved. is doing. In the vicinity of the electrode, a vertical electric field is generated in the Z-axis direction. However, in the case of negative liquid crystal, the orientation changes so that the orientation vector and the electric field are orthogonal to each other, and therefore the electric field does not hinder the rotation in the X-axis direction. For this reason, unlike the case of the positive liquid crystal molecules of the first embodiment, the liquid crystal molecules on the electrode can rotate more freely in the X-axis direction, so that the transmittance on the electrode can be further improved. . In addition, since the liquid crystal molecules do not rotate in the Z direction following the longitudinal electric field, the rise of the liquid crystal molecules in the vicinity of the electrode can be prevented, which is another factor that can improve the transmittance on the electrode.

本実施形態の液晶表示装置によれば、電極幅がセルギャップより小さく形成され、かつネガ型の液晶分子が使用されており、電圧印加時に電極上の液晶分子を電極間の液晶分子と同様に配向変化させることができるため、電極上の透過率を向上でき、電極間の透過率を含めた液晶表示装置の透過率を大きくすることができる。特に、ネガ型の液晶分子は電界と直交する方向に配向変化するため、ポジ型の液晶分子を使用した場合よりも縦電界への追従を防止でき、XY平面内での回転をより容易にできる。この結果、ポジ型液晶と比較して電極上の透過率を大幅に向上でき、この結果として電極間の透過率を含めた液晶表示装置の透過率を大きくできる。更に、液晶分子のZ軸方向への立ち上がりを抑制できるため、視野角特性を向上することができる。本第2実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1実施形態と同様である。   According to the liquid crystal display device of this embodiment, the electrode width is smaller than the cell gap, and negative type liquid crystal molecules are used, and the liquid crystal molecules on the electrodes are the same as the liquid crystal molecules between the electrodes when a voltage is applied. Since the orientation can be changed, the transmittance on the electrodes can be improved, and the transmittance of the liquid crystal display device including the transmittance between the electrodes can be increased. In particular, since negative-type liquid crystal molecules change orientation in a direction perpendicular to the electric field, follow-up to a vertical electric field can be prevented and rotation in the XY plane can be made easier than when positive-type liquid crystal molecules are used. . As a result, the transmittance on the electrodes can be significantly improved as compared with the positive type liquid crystal, and as a result, the transmittance of the liquid crystal display device including the transmittance between the electrodes can be increased. Furthermore, since the rising of the liquid crystal molecules in the Z-axis direction can be suppressed, the viewing angle characteristics can be improved. Operations and effects other than those described above in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図24は、本実施形態に係る液晶表示装置の電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。   Next, a liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 24 is a graph obtained by measuring voltage-transmittance characteristics in a region having a diameter of 100 μm including and between the electrodes of the liquid crystal display device according to the present embodiment.

本第3実施形態に示す液晶表示装置においては、本第2実施形態における液晶表示装置12と比較して、幅1.5μmである画素電極32aと共通電極32bの代わりに、幅が1μmである画素電極と共通電極が使用されている。また、画素電極と共通電極との間の間隔、即ち電極間距離は、本第2実施形態では3.8μmに設定されているのに対し、本実施形態では1μmに設定されている。セルギャップは本第2実施形態と同様、3.5μmである。即ち、本実施形態では電極幅と電極間距離は等しい値に設定されており、かつ電極幅はギャップより小さく、特に電極幅と電極間距離との合計である電極ピッチがセルギャップ以下に設定されている点が異なる。これにより、本実施形態ではL/w≧1、かつw/d<1、かつ(L+w)/d≦1、即ち電極間距離は電極幅以上であり、電極幅はセルギャップより小さく、かつ電極ピッチがセルギャップより小さいという条件を満たすことになる。本実施形態では、電極ピッチがセルギャップ以下になるため、本第2実施形態よりもY軸方向の電界が強くなる。これにより、本実施形態における電圧印加時の液晶配向は、電極上の液晶分子がより多くX軸方向に配向変化したものとなっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第2の実施形態と同様である。   The liquid crystal display device according to the third embodiment has a width of 1 μm instead of the pixel electrode 32a and the common electrode 32b having a width of 1.5 μm, as compared with the liquid crystal display device 12 according to the second embodiment. A pixel electrode and a common electrode are used. In addition, the distance between the pixel electrode and the common electrode, that is, the distance between the electrodes is set to 3.8 μm in the second embodiment, but is set to 1 μm in the present embodiment. The cell gap is 3.5 μm as in the second embodiment. That is, in this embodiment, the electrode width and the inter-electrode distance are set to the same value, and the electrode width is smaller than the gap, and in particular, the electrode pitch that is the sum of the electrode width and the inter-electrode distance is set to be equal to or less than the cell gap. Is different. Thus, in this embodiment, L / w ≧ 1, w / d <1, and (L + w) / d ≦ 1, that is, the interelectrode distance is equal to or greater than the electrode width, the electrode width is smaller than the cell gap, and the electrode This satisfies the condition that the pitch is smaller than the cell gap. In the present embodiment, since the electrode pitch is equal to or less than the cell gap, the electric field in the Y-axis direction is stronger than in the second embodiment. As a result, the liquid crystal alignment during voltage application in the present embodiment is such that more liquid crystal molecules on the electrode change in the X-axis direction. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the second embodiment described above.

次に、上述の如く構成された本第3実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。本第2実施形態の液晶表示装置と同様に、共通電極と画素電極との間に電圧を印加すると、透過率が大きくなる白状態となる。前述のように、このときの電極上の液晶配向は、本第2実施形態よりもより多くの液晶分子がX軸方向に配向変化したものとなるため、より高い透過率が実現できる。図24に示すように、電極上及び電極間を含めた最大透過率は79%となっており、本第1実施形態と比較して1.41倍の透過率が得られている。また、本第1比較例に記載の従来のIPS方式と比較すると、1.8倍という高い透過率が得られている。更に、本第2実施形態において、最大透過率を実現する電圧は5.5Vであったのに対し、本実施形態では5.0Vまで低減することができ、低電力化も可能になる。   Next, the operation of the liquid crystal display device according to the third embodiment configured as described above will be described. Similar to the liquid crystal display device of the second embodiment, when a voltage is applied between the common electrode and the pixel electrode, a white state is obtained in which the transmittance increases. As described above, the liquid crystal alignment on the electrode at this time is one in which more liquid crystal molecules are changed in alignment in the X-axis direction than in the second embodiment, so that higher transmittance can be realized. As shown in FIG. 24, the maximum transmittance including on and between the electrodes is 79%, and the transmittance is 1.41 times that of the first embodiment. Further, the transmittance as high as 1.8 times is obtained as compared with the conventional IPS system described in the first comparative example. Further, in the second embodiment, the voltage for realizing the maximum transmittance is 5.5V, whereas in the present embodiment, the voltage can be reduced to 5.0V and the power can be reduced.

なお、本実施形態の液晶表示装置は、画素電極及び共通電極の液晶層側に、平坦化を目的とするオーバーコート層を有していてもよい。上述のように、ネガ型液晶分子を使用する場合には、液晶分子のダイレクタの向きが共通電極と画素電極の配列方向とほぼ平行となるように初期配向する必要があるが、特に電極ピッチがセルギャップより小さくなると、電極の凹凸に沿って液晶分子が配向するようになる。オーバーコートを設けることにより、電極に起因する凹凸を低減できるので、電極ピッチを小さくしても配向性を損なうことがなく、高いコントラスト比が実現できる。   Note that the liquid crystal display device of this embodiment may have an overcoat layer for the purpose of planarization on the liquid crystal layer side of the pixel electrode and the common electrode. As described above, when using negative liquid crystal molecules, it is necessary to perform initial alignment so that the director direction of the liquid crystal molecules is substantially parallel to the alignment direction of the common electrode and the pixel electrode. When smaller than the cell gap, the liquid crystal molecules are aligned along the irregularities of the electrode. By providing the overcoat, the unevenness caused by the electrodes can be reduced, so that even if the electrode pitch is reduced, the orientation is not impaired and a high contrast ratio can be realized.

更に、共通電極と画素電極との間にのみ平坦化層が設けられ、共通電極及び画素電極の上には平坦化層が設けられていなくてもよい。これにより、共通電極と画素電極との間の隙間が平坦化層により埋められて平坦化されるため、上述のオーバーコートを設けた場合と同様に配向性を向上できる。更に、電極上には平坦化層が設けられていないため、駆動電圧を低減することができる。本第3実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第2実施形態と同様である。   Further, the planarization layer is provided only between the common electrode and the pixel electrode, and the planarization layer may not be provided on the common electrode and the pixel electrode. Thereby, since the gap between the common electrode and the pixel electrode is filled with the flattening layer and flattened, the orientation can be improved as in the case where the overcoat is provided. Furthermore, since the planarization layer is not provided on the electrode, the driving voltage can be reduced. Operations and effects other than those described above in the third embodiment are the same as those in the second embodiment.

次に、本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図25は本実施形態に係る液晶表示装置の構造、及びその構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向状態を示す断面図であり、図26は本第4実施形態の液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示す断面図であり、特に電界構造と液晶配向、透過率分布の関係をシミュレーションにより示した断面図である。   Next, a liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention is described. FIG. 25 is a cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal display device according to the present embodiment and the alignment state of liquid crystal molecules when no voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode, which are constituent elements thereof. It is sectional drawing which shows the electric field structure and liquid crystal orientation at the time of the voltage application of the liquid crystal display device of 4th Embodiment, It is sectional drawing which showed especially the relationship between an electric field structure, liquid crystal orientation, and transmittance | permeability distribution by simulation.

図25に示すように、本第4実施形態に示す液晶表示装置13は、前述の本発明の第1実施形態における液晶表示装置1と比較して、幅1μmである画素電極3aと共通電極3bの代わりに、幅が0.5μmである画素電極33aと共通電極33bが使用されている。また、画素電極33aと共通電極33bとの間の間隔、即ち電極間距離は2.5μmに設定されている。更に、主基板2aと対向基板2bとの間には、前述の第1実施形態と同じポジ型液晶分子51からなる層が挟持されている。主基板2aと対向基板2bとの間隙、即ちポジ型液晶分子51からなる層の厚さは4μmに設定されている。画素電極33a及び共通電極33b間に電圧を印加しない状態、即ち初期状態としてのポジ型液晶分子51の配向状態は、本第1実施形態の配向状態と同様、液晶分子の長軸方向がほぼX軸方向となるように配向処理されている。上述のように、本第4実施形態における構造の第1の特徴は、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚さ以下となっている点にある。   As shown in FIG. 25, the liquid crystal display device 13 shown in the fourth embodiment has a pixel electrode 3a and a common electrode 3b each having a width of 1 μm as compared with the liquid crystal display device 1 in the first embodiment of the present invention described above. Instead, a pixel electrode 33a and a common electrode 33b having a width of 0.5 μm are used. The distance between the pixel electrode 33a and the common electrode 33b, that is, the interelectrode distance is set to 2.5 μm. Furthermore, a layer made of the same positive liquid crystal molecules 51 as in the first embodiment is sandwiched between the main substrate 2a and the counter substrate 2b. The gap between the main substrate 2a and the counter substrate 2b, that is, the thickness of the layer made of the positive liquid crystal molecules 51 is set to 4 μm. In the state in which no voltage is applied between the pixel electrode 33a and the common electrode 33b, that is, the alignment state of the positive liquid crystal molecules 51 as an initial state, the major axis direction of the liquid crystal molecules is substantially X as in the alignment state of the first embodiment. Orientation treatment is performed so as to be in the axial direction. As described above, the first feature of the structure in the fourth embodiment is that the sum of the electrode width and the inter-electrode distance is equal to or less than the thickness of the liquid crystal layer.

図26は、本第4実施形態における液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示すため、特に電界構造と液晶分子の配向、透過率分布の関係を市販の液晶配向シミュレータを用いて示した断面図である。共通電極33bと画素電極33aとの間には、±5V・60Hzの矩形波である電圧が印加されている。   FIG. 26 shows the electric field structure and liquid crystal alignment when a voltage is applied to the liquid crystal display device according to the fourth embodiment. In particular, the relationship between the electric field structure and the alignment of liquid crystal molecules and the transmittance distribution is measured using a commercially available liquid crystal alignment simulator. It is sectional drawing shown. A voltage that is a square wave of ± 5 V · 60 Hz is applied between the common electrode 33b and the pixel electrode 33a.

図26に示すように、本第4実施形態における構造の第2の特徴は電界構造に関し、対向基板付近における電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である電界領域を有することを特徴とする。更に、本第4実施形態における構造の第3の特徴は液晶配向構造に関し、この電界構造により、電極上の液晶分子が電極間の液晶分子と同様に配向変化し、特に電極上のみならず電極間においても液晶分子のダイレクタ方向が電界方向と異なる領域を有することを特徴とする。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。   As shown in FIG. 26, the second feature of the structure of the fourth embodiment relates to the electric field structure, and has an electric field region in which the electric field strength between the electrodes in the vicinity of the counter substrate is equal to or lower than the electric field strength on the electrodes. And Further, the third feature of the structure in the fourth embodiment relates to a liquid crystal alignment structure, and due to this electric field structure, the liquid crystal molecules on the electrodes change their orientation in the same manner as the liquid crystal molecules between the electrodes. In the meantime, the director direction of the liquid crystal molecules has a region different from the electric field direction. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、上述の如く構成された本第4実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明するが、まずはじめに本実施形態における構造の第2の特徴である電界構造について説明する。前述のように、本発明の電界構造は、対向基板付近における電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である領域を有することを特徴とする。ここで、図26に示す透過率のシミュレーション結果に着目すると、電極上及び電極間を含めた透過率は83%が得られており、本発明の第1乃至第3実施形態と比較しても、非常に高い透過率が達成されている。この結果について本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、ポジ型液晶分子を使用した場合でも非常に高透過率が達成できる電界構造を発明するに至った。前述のように、本発明の電界構造の特徴は、対向基板付近における電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である領域を有することであるが、本発明における電極構造のように櫛歯電極を有する場合、この電界構造を導入することにより、電界の非常に弱い弱電界層を対向基板付近の液晶層中に生成することができる。この弱電界層の導入が本実施形態における重要な概念の一つであり、従来のIPS方式、及び前述の第1実施形態とは大きく異なる特徴となっている。本実施形態においては、この弱電界層を導入した電界構造を発明することにより、高透過率の達成が可能となっている。   Next, the operation of the liquid crystal display device according to the fourth embodiment configured as described above will be described. First, the electric field structure which is the second feature of the structure according to the present embodiment will be described. As described above, the electric field structure of the present invention is characterized by having a region where the electric field strength between the electrodes in the vicinity of the counter substrate is equal to or lower than the electric field strength on the electrodes. Here, paying attention to the simulation result of the transmittance shown in FIG. 26, the transmittance including on and between the electrodes is 83%, even when compared with the first to third embodiments of the present invention. Very high transmittance has been achieved. As a result of intensive studies on the results, the inventors have invented an electric field structure that can achieve very high transmittance even when positive liquid crystal molecules are used. As described above, the electric field structure of the present invention is characterized by having a region where the electric field strength between the electrodes in the vicinity of the counter substrate is equal to or lower than the electric field strength on the electrodes. In the case of having a tooth electrode, by introducing this electric field structure, a weak electric field layer having a very weak electric field can be generated in the liquid crystal layer near the counter substrate. The introduction of the weak electric field layer is one of the important concepts in the present embodiment, which is a feature that is greatly different from the conventional IPS system and the first embodiment. In the present embodiment, it is possible to achieve a high transmittance by inventing the electric field structure in which the weak electric field layer is introduced.

ここで、弱電界層について説明するため、本第4実施形態におけるシミュレーション結果である図26と、前述の第1比較例に記載の電界構造のシミュレーション結果である図15、及び前述の第1実施形態に記載の電界構造のシミュレーション結果である図8とを比較する。図15に記載の従来の電界構造においては、等電位線は電極間では基板面と垂直方向、即ちZ軸方向に走っている。また、電極上の等電位線は、基板面と略平行な方向、即ち図15の断面図においてはY軸方向に走っている。従来の電界構造においては、電極間は横電界が生成され液晶配向のツイスト変形を実現しているが、電極上には基板面と垂直方向に比較的強い電界が生成され、液晶配向のツイスト変形を妨げていた。この結果、電極上の透過率が低下していた。一方で、図8に記載の本発明の第1実施形態においては、電極上の液晶配向は電極間の液晶配向に追従するために、電極上の透過率は第1比較例より向上するものの、電界構造は第1比較例とほぼ同様となっている。これに対し、本第4実施形態における電界構造では、電極間の主基板側は横電界が生成されているものの、対向基板側ではもはや横電界とは呼称できない方向に電界は走っている。そして、この対向基板付近の電界強度は、前述の第1比較例や本発明の第1実施形態における電界強度よりも弱く、弱電界層が形成されている。更に、電極上の電界構造に着目すると、前述の第1比較例や第1実施形態と同様に基板面と垂直方向に電界は走っているが、その電界強度は比較的弱く、やはり弱電界層が形成されている。そして、対向基板付近における電極間上と電極上の電界強度を比較すると、電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である。即ち、本実施形態における弱電界層とは、対向基板付近に着目して、従来の電界構造よりも非常に弱い電界層が形成されていることを意味する。そして、この弱電界層の電界強度は、電極付近の電界強度よりも非常に弱いものとなっている。   Here, in order to describe the weak electric field layer, FIG. 26 which is a simulation result in the fourth embodiment, FIG. 15 which is a simulation result of the electric field structure described in the first comparative example, and the first embodiment described above. FIG. 8 which is a simulation result of the electric field structure described in the embodiment is compared. In the conventional electric field structure shown in FIG. 15, equipotential lines run between the electrodes in a direction perpendicular to the substrate surface, that is, in the Z-axis direction. The equipotential lines on the electrodes run in a direction substantially parallel to the substrate surface, that is, in the Y-axis direction in the cross-sectional view of FIG. In the conventional electric field structure, a transverse electric field is generated between the electrodes to realize twist deformation of the liquid crystal alignment, but a relatively strong electric field is generated on the electrodes in a direction perpendicular to the substrate surface, and the twist deformation of the liquid crystal alignment is achieved. Was hindering. As a result, the transmittance on the electrode was lowered. On the other hand, in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 8, since the liquid crystal alignment on the electrodes follows the liquid crystal alignment between the electrodes, the transmittance on the electrodes is improved as compared with the first comparative example. The electric field structure is almost the same as that of the first comparative example. On the other hand, in the electric field structure in the fourth embodiment, a horizontal electric field is generated on the main substrate side between the electrodes, but the electric field runs in a direction that can no longer be called a horizontal electric field on the counter substrate side. The electric field strength in the vicinity of the counter substrate is weaker than the electric field strength in the first comparative example and the first embodiment of the present invention, and a weak electric field layer is formed. Further, when attention is paid to the electric field structure on the electrode, the electric field runs in the direction perpendicular to the substrate surface as in the first comparative example and the first embodiment, but the electric field strength is relatively weak. Is formed. Then, when the electric field strength between the electrodes in the vicinity of the counter substrate is compared with the electric field strength on the electrodes, the electric field strength between the electrodes is lower than the electric field strength on the electrodes. That is, the weak electric field layer in the present embodiment means that an electric field layer that is much weaker than the conventional electric field structure is formed focusing on the vicinity of the counter substrate. The electric field strength of this weak electric field layer is much weaker than the electric field strength near the electrode.

次に、本実施形態における構造の第3の特徴である液晶配向について説明する。前述の本発明の電界構造により、主基板近傍における電極間の液晶分子は、従来同様横電界によりツイスト変形する。一方で、対向基板付近に形成された弱電界層中の液晶分子は、従来よりも電界強度が弱いため、電界と独立して比較的自由に動き易くなる。この結果、この弱電界層中の液晶分子は、電界に追従して配向するよりも、主基板近傍における電極間の液晶分子の配向変化に追従してツイスト変形することになる。これは、液晶分子が弱電界中で従来の配向を保つ状態や、弱垂直電界に従って垂直配向する状態よりも、周囲の液晶分子の配向状態に追従してツイスト変形する方がエネルギー的に安定となるからである。なお、主基板側の電極上の液晶分子は、基板面と垂直方向の電界の作用により多少立ち上がっているが、電極幅そのものが小さいこともあり、周囲のツイスト配向に押され、狭い範囲に留まっている。これにより、液晶配向の効果的なツイスト変形が可能となっている。   Next, liquid crystal alignment, which is the third feature of the structure in this embodiment, will be described. Due to the electric field structure of the present invention described above, the liquid crystal molecules between the electrodes in the vicinity of the main substrate are twisted and deformed by a lateral electric field as in the conventional case. On the other hand, since the liquid crystal molecules in the weak electric field layer formed in the vicinity of the counter substrate have a lower electric field strength than before, they can move relatively freely independently of the electric field. As a result, the liquid crystal molecules in the weak electric field layer are twist-deformed following the change in the orientation of the liquid crystal molecules between the electrodes in the vicinity of the main substrate, rather than being aligned following the electric field. This is because it is more energetically stable to follow the alignment state of the surrounding liquid crystal molecules than to maintain the conventional alignment in a weak electric field or to align vertically according to a weak vertical electric field. Because it becomes. Note that the liquid crystal molecules on the electrode on the main substrate side rise somewhat due to the action of the electric field in the direction perpendicular to the substrate surface, but the electrode width itself may be small, and it is pushed by the surrounding twist orientation and stays in a narrow range. ing. Thereby, effective twist deformation of liquid crystal alignment is possible.

更に、前述の本発明の第1実施形態と比較すると、前述の第1実施形態においては、平行電極対で発生する電界により電極間の液晶分子がツイスト変形し、この変形に追従して電極上の液晶分子が電界に反して電極間の液晶分子と同様に配向変化することを特徴としていた。これに対し、本第4実施形態においては、平行電極対で発生する電界により、平行電極対を有する基板側の電極間の液晶分子がツイスト変形し、この変形に追従して電極間上の基板から離れた場所に位置する液晶分子もツイスト変形し、更にこれらの電極間のツイスト変形に追従して電極上の液晶分子もツイスト変形し、平行電極対を有する基板から離れた場所では、電極上のみならず電極間においても電界方向に反して配向変化していることが特徴である。そして、この本実施形態における第3の特徴である液晶配向構造は、前述の本実施形態の第2の特徴である弱電界層という電界構造により実現される。   Furthermore, compared with the first embodiment of the present invention described above, in the first embodiment described above, the liquid crystal molecules between the electrodes are twist-deformed by the electric field generated by the parallel electrode pair, and follow this deformation on the electrodes. The liquid crystal molecules are characterized in that their orientation changes in the same manner as the liquid crystal molecules between the electrodes against the electric field. On the other hand, in the fourth embodiment, the liquid crystal molecules between the electrodes on the substrate side having the parallel electrode pair are twist-deformed by the electric field generated by the parallel electrode pair, and the substrate on the inter-electrode is followed by this deformation. Liquid crystal molecules located away from the substrate are also twisted, and the liquid crystal molecules on the electrodes are also twisted following the twist deformation between these electrodes. In addition, it is characterized in that the orientation changes between the electrodes against the electric field direction. The liquid crystal alignment structure that is the third feature of this embodiment is realized by the electric field structure of the weak electric field layer that is the second feature of the present embodiment.

次に、この弱電界層という本実施形態の第2の特徴を実現する電極構造とその動作、即ち本実施形態における構造の第1の特徴について説明する。前述のように、本実施形態の電極構造は、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚さ以下である点を特徴とする。弱電界層を実現するためには、これよりも電界強度の大きな強電界層を電極付近に閉じ込めれば良いことになる。電界分布の詳細は液晶分子の配向シミュレーションを要するが、簡便的には図26のシミュレーション結果に示すように、強電界領域は液晶層の厚み方向において、電極からW+Sの高さの範囲、即ち電極幅と電極間距離との和の範囲に存在する。したがって、弱電界領域を形成するためには、液晶層の厚みをW+Sの値よりも大きく設定することで可能となる。即ち、d≧W+Sである。本実施形態においては、前述のように電極幅が0.5μm、電極間距離が2.5μm、液晶層の厚みが4μmに設定されており、d≧W+Sの条件を満たしている。   Next, the electrode structure that realizes the second characteristic of the present embodiment, which is the weak electric field layer, and the operation thereof, that is, the first characteristic of the structure in the present embodiment will be described. As described above, the electrode structure of this embodiment is characterized in that the sum of the electrode width and the inter-electrode distance is equal to or less than the thickness of the liquid crystal layer. In order to realize a weak electric field layer, it is only necessary to confine a strong electric field layer having a larger electric field strength in the vicinity of the electrode. The details of the electric field distribution require an alignment simulation of liquid crystal molecules. For simplicity, as shown in the simulation result of FIG. 26, the strong electric field region is in the range of the height of W + S from the electrode in the thickness direction of the liquid crystal layer, that is, the electrode. It exists in the range of the sum of width and distance between electrodes. Accordingly, in order to form the weak electric field region, it is possible to set the thickness of the liquid crystal layer to be larger than the value of W + S. That is, d ≧ W + S. In the present embodiment, as described above, the electrode width is set to 0.5 μm, the distance between the electrodes is set to 2.5 μm, and the thickness of the liquid crystal layer is set to 4 μm, which satisfies the condition of d ≧ W + S.

本実施形態においては、弱電界層の導入により、液晶層の大部分がツイスト変形可能となっている。即ち、平行電極対で発生する電界により、平行電極対を有する基板側の電極間の液晶分子がツイスト変形し、この変形に追従して電極間上の基板から離れた場所に位置する液晶分子もツイスト変形し、更にこれらの電極間のツイスト変形に追従して電極上の液晶分子もツイスト変形し、平行電極対を有する基板から離れた場所では、電極上のみならず電極間においても電界方向に反して配向変化する。これにより、従来よりもより多くの液晶分子がY軸方向に配向変化したものとなるため、従来よりも高い透過率が実現できる。   In this embodiment, most of the liquid crystal layer can be twisted by introducing a weak electric field layer. That is, the liquid crystal molecules between the electrodes on the substrate side having the parallel electrode pair are twist-deformed by the electric field generated by the parallel electrode pair, and the liquid crystal molecules located at a location away from the substrate between the electrodes following this deformation are also The liquid crystal molecules on the electrodes also twist and deform following the twist deformation between these electrodes, and in a place away from the substrate having the parallel electrode pair, not only on the electrodes but also between the electrodes in the electric field direction. On the contrary, the orientation changes. As a result, more liquid crystal molecules are aligned in the Y-axis direction than before, so that a higher transmittance than before can be realized.

本実施形態の液晶表示装置によれば、弱電界層の導入とこれによる液晶層のツイスト変形メカニズムにより、ポジ液晶を使用しても非常に高い透過率を実現することができる。また、液晶分子のZ軸方向への立ち上がりも抑制できるため、視野角特性を向上することができる。   According to the liquid crystal display device of the present embodiment, a very high transmittance can be realized even if positive liquid crystal is used, due to the introduction of the weak electric field layer and the twist deformation mechanism of the liquid crystal layer. In addition, since the rising of the liquid crystal molecules in the Z-axis direction can be suppressed, the viewing angle characteristics can be improved.

なお、本実施形態における液晶分子は、液晶分子のツイスト弾性定数K22がベンド弾性定数K33よりも小さい方が好ましい。これによりツイスト変形時の自由エネルギーを小さくできるため、液晶層全体のツイスト変形がより容易となり、透過率をより効率的に向上できる。   In the present embodiment, the liquid crystal molecules preferably have a twist elastic constant K22 of the liquid crystal molecules smaller than the bend elastic constant K33. Thereby, since the free energy at the time of twist deformation can be reduced, twist deformation of the entire liquid crystal layer becomes easier and the transmittance can be improved more efficiently.

また、本実施形態の液晶分子はポジ型の場合について説明したが、本発明の第2又は第3実施形態に記載のネガ型液晶分子を使用することも可能である。ポジ型液晶分子は、屈折率異方性の方向と誘電率異方性の方向が一致しているため、液晶分子の物性を好ましい方向に改善するのが容易である。この結果、低電圧化や高速化などが可能となる。   Further, although the liquid crystal molecules of the present embodiment have been described with respect to the positive type, the negative liquid crystal molecules described in the second or third embodiment of the present invention can also be used. In the positive type liquid crystal molecule, since the direction of refractive index anisotropy and the direction of dielectric anisotropy coincide, it is easy to improve the physical properties of the liquid crystal molecule in a preferable direction. As a result, it is possible to reduce the voltage and speed.

更に、本実施形態においては、前述の本発明の第1実施形態と同様に偏光板を設けることができるが、前述の第1実施形態と同様、本発明において偏光板は必須の構成ではなく、一例ではレーザ光のように直線偏光の光を入射側に使用し、表示装置を使用する観察者が偏光眼鏡を使用してもよい。   Furthermore, in the present embodiment, a polarizing plate can be provided in the same manner as in the first embodiment of the present invention described above, but as in the first embodiment described above, the polarizing plate is not an essential configuration in the present invention. In one example, linearly polarized light such as laser light may be used on the incident side, and an observer who uses the display device may use polarized glasses.

更にまた、本実施形態においては、電極間距離が電極幅以上である場合について説明したが、これは非常に重要なポイントである。電極間距離が電極幅以上である場合は、液晶層のツイスト変形を主流とすることができ、透過率の向上が可能になる。しかし仮に電極幅が電極間距離より大きい場合について考えると、液晶層の主基板側の配向変化に着目した場合、電極間のツイスト変形領域が相対的に小さくなってしまう。この結果、液晶層の対向基板側をツイスト変形する効果が低下し、ツイスト変形が困難になるばかりか、液晶分子の+Z軸方向への立ち上がりが発生してしまい、視野角特性も大幅に悪化することになる。即ち、電極間距離を電極幅以上とするのが重要である。   Furthermore, in the present embodiment, the case where the distance between the electrodes is equal to or greater than the electrode width has been described, but this is a very important point. When the distance between the electrodes is equal to or greater than the electrode width, twist deformation of the liquid crystal layer can be mainstream, and the transmittance can be improved. However, if the case where the electrode width is larger than the inter-electrode distance is considered, when attention is paid to the orientation change of the liquid crystal layer on the main substrate side, the twist deformation region between the electrodes becomes relatively small. As a result, the effect of twist deformation of the counter substrate side of the liquid crystal layer is reduced, and the twist deformation becomes difficult, and the rising of the liquid crystal molecules in the + Z-axis direction occurs, and the viewing angle characteristics are greatly deteriorated. It will be. In other words, it is important that the distance between the electrodes is not less than the electrode width.

更にまた、本実施形態においては、画素電極と共通電極が同じ電極幅を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、異なる電極幅とすることもできる。ただし、同じ電極幅とすることで、画素電極と共通電極との間の電界をより均等にすることができ、電界の不均一さに起因する表示不良を低減することができる。   Furthermore, in the present embodiment, the case where the pixel electrode and the common electrode have the same electrode width has been described. However, the present invention is not limited to this, and may have different electrode widths. However, by setting the same electrode width, the electric field between the pixel electrode and the common electrode can be made more uniform, and display defects due to non-uniformity of the electric field can be reduced.

更にまた、本実施形態においては、本発明の第1実施形態と同様に、画素電極及び共通電極が異層に形成されるのを除外するものではなく、薄膜トランジスタを形成するためのゲート電極やソース又はドレイン電極を用いて画素電極又は共通電極を形成してもよい。この場合、画素電極と共通電極を異なる層に形成しても、プロセス数を増加させることなく対応が可能となる。一般的にゲート電極やソース又はドレイン電極は低抵抗性が要求されることから、光学的に不透明な金属で構成されることが多い。また、一般的にアルミニウム等の金属はITOよりも加工性が高いため、電極の微細化が容易になるという効果をもたらす。その反面、外光が金属面で反射されることにより、表示品質が低下するが、本発明では微細な電極を使用できるため、表示品質の低下を抑制することができる。なお、金属電極の観察者側の面が外光の反射を低減するような構造を有していてもよい。一例では、金属電極上に多層低反射膜が形成されていてもよいし、黒色物質が塗布されていてもよい。更には、金属電極での正反射を低減するため、電極に微細な凹凸構造が設けられていてもよい。   Furthermore, in the present embodiment, as in the first embodiment of the present invention, it is not excluded that the pixel electrode and the common electrode are formed in different layers, but a gate electrode or a source for forming a thin film transistor. Alternatively, the pixel electrode or the common electrode may be formed using the drain electrode. In this case, even if the pixel electrode and the common electrode are formed in different layers, it is possible to cope without increasing the number of processes. In general, the gate electrode and the source or drain electrode are required to have low resistance, and thus are often made of an optically opaque metal. In general, a metal such as aluminum has higher workability than ITO, so that the electrode can be easily miniaturized. On the other hand, the display quality deteriorates due to the reflection of external light on the metal surface. However, since the present invention can use fine electrodes, it is possible to suppress the deterioration of the display quality. Note that the observer-side surface of the metal electrode may have a structure that reduces reflection of external light. In one example, a multilayer low reflection film may be formed on the metal electrode, or a black substance may be applied. Furthermore, in order to reduce regular reflection at the metal electrode, the electrode may be provided with a fine uneven structure.

更にまた、本発明においては、平行電極対が形成された主基板と対向基板を構成要件として説明したが、対向基板は必ずしも必要な構成要件ではなく、一例では液晶層の上部をUV硬化樹脂等でカバーすることで対応してもよい。このとき、液晶層は対向基板からのアンカリングの影響を低減できるため、配向変形が容易になり、低電圧化やオン時の高速化が可能になるという利点が生じる。   Furthermore, in the present invention, the main substrate on which the parallel electrode pair is formed and the counter substrate are described as the constituent requirements. However, the counter substrate is not necessarily a necessary constituent element. In one example, the upper portion of the liquid crystal layer may be a UV curable resin or the like. It may be supported by covering with. At this time, since the influence of anchoring from the counter substrate can be reduced, the liquid crystal layer has an advantage that alignment deformation is facilitated, and that the voltage can be lowered and the speed at the time of ON can be increased.

更にまた、本実施形態において主基板はガラス基板に限定されるものではなく、シリコン基板や石英基板を使用することも可能である。特にシリコン基板を使用した場合には、平行電極対の微細化が容易になる。本第4実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1実施形態と同様である。   Furthermore, in this embodiment, the main substrate is not limited to a glass substrate, and a silicon substrate or a quartz substrate can also be used. In particular, when a silicon substrate is used, the parallel electrode pair can be easily miniaturized. Operations and effects other than those described above in the fourth embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、本発明の第5の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図27は本実施形態に係る液晶表示装置の構造、及びその構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向状態を示す断面図であり、図28は本第5実施形態の液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示す断面図であり、特に電界構造と液晶配向、透過率分布の関係をシミュレーションにより示した断面図である。   Next, a liquid crystal display device according to a fifth embodiment of the present invention is described. FIG. 27 is a cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal display device according to the present embodiment, and the alignment state of liquid crystal molecules when no voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode, which are constituent elements, and FIG. It is sectional drawing which shows the electric field structure at the time of the voltage application of the liquid crystal display device of 5th Embodiment, and liquid crystal orientation, and is sectional drawing which showed especially the relationship between an electric field structure, liquid crystal orientation, and transmittance | permeability distribution by simulation.

図27に示すように、本第5実施形態に示す液晶表示装置14は、前述の本発明の第4実施形態における液晶表示装置13と比較して、幅0.5μmである画素電極33aと共通電極33bの代わりに、幅が0.2μmである画素電極34aと共通電極34bが使用されている。また、画素電極34aと共通電極34bとの間の間隔、即ち電極間距離は0.9μmに設定されている。更に、主基板2aと対向基板2bとの間には、前述の第4実施形態と同じポジ型液晶分子51からなる層が挟持されている。主基板2aと対向基板2bとの間隙、即ちポジ型液晶分子51からなる層の厚さは3.5μmに設定されている。このように、本第5実施形態における構造の第1の特徴は、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚みの半分以下となっている点、即ちd≧2(W+S)が成立する点にある。   As shown in FIG. 27, the liquid crystal display device 14 shown in the fifth embodiment is common to the pixel electrode 33a having a width of 0.5 μm as compared with the liquid crystal display device 13 in the fourth embodiment of the present invention described above. Instead of the electrode 33b, a pixel electrode 34a and a common electrode 34b having a width of 0.2 μm are used. The distance between the pixel electrode 34a and the common electrode 34b, that is, the interelectrode distance is set to 0.9 μm. Further, a layer made of the same positive liquid crystal molecules 51 as that in the fourth embodiment is sandwiched between the main substrate 2a and the counter substrate 2b. The gap between the main substrate 2a and the counter substrate 2b, that is, the thickness of the layer made of the positive liquid crystal molecules 51 is set to 3.5 μm. As described above, the first feature of the structure according to the fifth embodiment is that the sum of the electrode width and the distance between the electrodes is not more than half of the thickness of the liquid crystal layer, that is, d ≧ 2 (W + S). In the point.

図28は、本第5実施形態における液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示すため、特に電界構造と液晶分子の配向、透過率分布の関係を市販の液晶配向シミュレータを用いて示した断面図である。共通電極34bと画素電極34aとの間には、±5V・60Hzの矩形波である電圧が印加されている。   FIG. 28 shows the relationship between the electric field structure and the liquid crystal alignment during voltage application of the liquid crystal display device according to the fifth embodiment. It is sectional drawing shown. A voltage that is a square wave of ± 5 V · 60 Hz is applied between the common electrode 34b and the pixel electrode 34a.

図28に示すように、本第5実施形態における構造の第2の特徴は電界構造に関し、電極間の対向基板近傍に垂直電界を有することを特徴とする。更に、本第5実施形態における構造の第3の特徴は液晶配向構造に関し、この電界構造により、電極上の液晶分子が電極間の液晶分子と同様に配向変化し、特に電極上のみならず電極間においても液晶分子のダイレクタ方向が電界方向と異なる領域を有し、この領域が液晶層の厚みの半分以上を有することを特徴とする。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第4の実施形態と同様である。   As shown in FIG. 28, the second feature of the structure according to the fifth embodiment relates to the electric field structure, and is characterized by having a vertical electric field in the vicinity of the counter substrate between the electrodes. Further, the third feature of the structure in the fifth embodiment relates to a liquid crystal alignment structure, and due to this electric field structure, the liquid crystal molecules on the electrodes change their orientation in the same manner as the liquid crystal molecules between the electrodes. In the meantime, the director direction of the liquid crystal molecules has a region different from the electric field direction, and this region has more than half of the thickness of the liquid crystal layer. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the fourth embodiment described above.

次に、上述の如く構成された本第5実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明するが、まずはじめに本実施形態における構造の第2の特徴である電界構造について説明する。前述のように、本発明の電界構造は、電極間の対向基板近傍に垂直電界を有することを特徴とする。ここで、図28に示す透過率のシミュレーション結果に着目すると、電極上及び電極間を含めた透過率は85%が得られており、本発明の第4実施形態と比較しても、より高い透過率が達成されている。この結果について本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、前述の第4実施形態と比較してもより高い透過率が実現できる電界構造を発明するに至った。前述のように、本発明の電界構造の特徴は、電極間の対向基板近傍に垂直電界を有することであるが、本発明における電極構造のように櫛歯電極を有する場合、この電界構造を導入することにより、液晶層の対向基板付近においては、電極上だけでなく電極間上においても垂直電界を生成することができる。従来のIPS方式、及び前述の第1実施形態と比較すると、電極間の対向基板付近には強い横電界が発生し、また前述の第4実施形態においては明確に横電界とは言えない電界を発生させていたのに対し、本実施形態においては、電極間の対向基板近傍に垂直電界を導入した結果、元々存在していた電極上の垂直電界と等電位線がつながり、複数の電極上に跨る等電位線が生成されている点が大きな違いであり、本実施形態における重要な概念の一つとなっている。本実施形態においては、このように垂直電界の等電位線を配置することにより、液晶層の厚み方向中央付近に弱電界層を導入できる。この結果液晶層の対向基板側半分以上がツイスト変形した配向構造を実現することができるため、より高い透過率の達成が可能となっている。   Next, the operation of the liquid crystal display device according to the fifth embodiment configured as described above will be described. First, the electric field structure which is the second feature of the structure according to the present embodiment will be described. As described above, the electric field structure of the present invention is characterized by having a vertical electric field in the vicinity of the counter substrate between the electrodes. Here, paying attention to the transmittance simulation result shown in FIG. 28, the transmittance including on and between the electrodes is 85%, which is higher than that of the fourth embodiment of the present invention. Transmittance is achieved. As a result of intensive studies on this result, the inventors have invented an electric field structure that can realize higher transmittance than the above-described fourth embodiment. As described above, the electric field structure of the present invention is characterized in that it has a vertical electric field in the vicinity of the counter substrate between the electrodes, but this electric field structure is introduced when it has a comb electrode as in the electrode structure of the present invention. Thus, a vertical electric field can be generated not only on the electrodes but also between the electrodes in the vicinity of the counter substrate of the liquid crystal layer. Compared with the conventional IPS system and the first embodiment described above, a strong lateral electric field is generated in the vicinity of the counter substrate between the electrodes, and an electric field that cannot be clearly said to be a lateral electric field in the fourth embodiment described above. In contrast to this, in the present embodiment, as a result of introducing a vertical electric field in the vicinity of the counter substrate between the electrodes, the vertical electric field on the electrode that originally existed and equipotential lines are connected to each other on a plurality of electrodes. A significant difference is that straddling equipotential lines are generated, which is an important concept in the present embodiment. In the present embodiment, the weak electric field layer can be introduced near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer by arranging the equipotential lines of the vertical electric field in this way. As a result, an alignment structure in which more than half of the counter substrate side of the liquid crystal layer is twist-deformed can be realized, so that higher transmittance can be achieved.

即ち、前述の第4実施形態に記載の弱電界層の存在領域を本実施形態と比較すると、図26に示すように第4実施形態においては、液晶層の対向基板付近に弱電界層が形成されていた。これに対し、図28に示すように、本実施形態においては、液晶層の厚み中央付近より対向基板側に弱電界層が形成されている。この弱電界層は、ほぼ基板面に垂直な方向に電界を有し、その強度は前述の第4実施形態と比較してもより弱いものとなっている。即ち、本実施形態における弱電界層とは、液晶層の厚み中央付近より対向基板側において、従来の電界構造よりも非常に弱い垂直電界層が形成されていることを意味する。   That is, when the existence region of the weak electric field layer described in the fourth embodiment is compared with the present embodiment, the weak electric field layer is formed in the vicinity of the counter substrate of the liquid crystal layer in the fourth embodiment as shown in FIG. It had been. On the other hand, as shown in FIG. 28, in this embodiment, the weak electric field layer is formed on the counter substrate side from the vicinity of the center of the thickness of the liquid crystal layer. The weak electric field layer has an electric field in a direction substantially perpendicular to the substrate surface, and its strength is weaker than that of the fourth embodiment. That is, the weak electric field layer in this embodiment means that a vertical electric field layer that is much weaker than the conventional electric field structure is formed on the counter substrate side from the vicinity of the thickness center of the liquid crystal layer.

次に、本実施形態における構造の第3の特徴である液晶配向について説明する。主基板近傍における電極間の液晶分子は、従来同様横電界によりツイスト変形するのは、前述の第4実施形態と同様である。本実施形態においては、液晶層の配向手段によるアンカリングが最も弱くなる液晶層の厚み中央付近の電界が弱電界化されているため、液晶分子はより自由に動くことができる点が特徴である。この結果、主基板近傍における電極間の液晶分子がツイスト変形すると、この変形に追従して液晶層の対向基板側半分以上の液晶分子が同様にツイスト変形することになる。これは、液晶分子が弱電界中で従来の配向を保つ状態や、弱垂直電界に従って垂直配向する状態よりも、周囲の液晶分子の配向状態に追従してツイスト変形する方がエネルギー的に安定となるからである。なお、主基板側の電極上の液晶分子は、基板面と垂直方向の電界の作用により多少立ち上がっているが、電極幅そのものが小さいこともあり、周囲のツイスト配向に押され、狭い範囲に留まっている。これにより、液晶配向の効果的なツイスト変形が可能となっている。本実施形態における第3の特徴である液晶配向構造は、前述の本実施形態の第2の特徴である電極間の対向基板近傍に垂直電界を有する電界構造により実現される。   Next, liquid crystal alignment, which is the third feature of the structure in this embodiment, will be described. The liquid crystal molecules between the electrodes in the vicinity of the main substrate are twist-deformed by a lateral electric field as in the conventional case, as in the fourth embodiment. This embodiment is characterized in that the liquid crystal molecules can move more freely because the electric field near the center of the thickness of the liquid crystal layer where anchoring by the alignment means of the liquid crystal layer is the weakest is weakened. . As a result, when the liquid crystal molecules between the electrodes in the vicinity of the main substrate are twist-deformed, the liquid crystal molecules in the half or more of the counter substrate side of the liquid crystal layer are similarly twist-deformed following the deformation. This is because it is more energetically stable to follow the alignment state of the surrounding liquid crystal molecules than to maintain the conventional alignment in a weak electric field or to align vertically according to a weak vertical electric field. Because it becomes. Note that the liquid crystal molecules on the electrode on the main substrate side rise somewhat due to the action of the electric field in the direction perpendicular to the substrate surface, but the electrode width itself may be small, and it is pushed by the surrounding twist orientation and stays in a narrow range. ing. Thereby, effective twist deformation of liquid crystal alignment is possible. The liquid crystal alignment structure which is the third feature of the present embodiment is realized by an electric field structure having a vertical electric field in the vicinity of the counter substrate between the electrodes which is the second feature of the present embodiment described above.

次に、この弱電界層という本実施形態の第2の特徴を実現する電極構造とその動作、即ち本実施形態における構造の第1の特徴について説明する。前述のように、本実施形態の電極構造は、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚さの半分以下である点を特徴とする。前述のように、電界強度の比較的大きな強電界層は、電極の形成された主基板からW+Sの高さの範囲、即ち電極幅と電極間距離との和の範囲に存在する。したがって、液晶層の厚みをW+Sの値の2倍よりも大きく設定することで、液晶層中央付近より+Z方向側の液晶層に弱電界層を生成することが可能となる。即ち、d≧2(W+S)である。なお本実施形態においては、前述のように電極幅が0.2μm、電極間距離が0.9μm、液晶層の厚みが3.5μmに設定されており、d≧2(W+S)の条件を満たしている。   Next, the electrode structure that realizes the second characteristic of the present embodiment, which is the weak electric field layer, and the operation thereof, that is, the first characteristic of the structure in the present embodiment will be described. As described above, the electrode structure of this embodiment is characterized in that the sum of the electrode width and the inter-electrode distance is not more than half of the thickness of the liquid crystal layer. As described above, the strong electric field layer having a relatively large electric field strength exists in the range of the height of W + S from the main substrate on which the electrodes are formed, that is, in the range of the sum of the electrode width and the interelectrode distance. Therefore, by setting the thickness of the liquid crystal layer to be larger than twice the value of W + S, a weak electric field layer can be generated in the liquid crystal layer on the + Z direction side from the vicinity of the center of the liquid crystal layer. That is, d ≧ 2 (W + S). In this embodiment, as described above, the electrode width is set to 0.2 μm, the distance between the electrodes is set to 0.9 μm, and the thickness of the liquid crystal layer is set to 3.5 μm, and the condition of d ≧ 2 (W + S) is satisfied. ing.

本実施形態においては、弱電界層を液晶層の半分以上の領域に導入することにより、液晶層のツイスト変形をより容易としている。即ち、平行電極対で発生する電界により、平行電極対を有する基板側の電極間の液晶分子がツイスト変形し、この変形に追従して電極間上の液晶層中央付近に位置する液晶分子もツイスト変形し、更にこれらの電極間のツイスト変形に追従して電極上の液晶分子もツイスト変形する。この結果、液晶層の半分以上の領域でツイスト変形が容易となり、平行電極対を有する基板から液晶層の半分以上離れた場所では、電極上のみならず電極間においても電界方向に反して同様にツイスト変化する。これにより、従来よりもより多くの液晶分子がY軸方向に配向変化したものとなるため、従来よりも更に高い透過率が実現できる。   In the present embodiment, twist deformation of the liquid crystal layer is made easier by introducing the weak electric field layer into a region more than half of the liquid crystal layer. In other words, the liquid crystal molecules between the electrodes on the substrate side having the parallel electrode pair are twist-deformed by the electric field generated by the parallel electrode pair, and the liquid crystal molecules located in the vicinity of the center of the liquid crystal layer between the electrodes are also twisted following the deformation. Further, the liquid crystal molecules on the electrodes are also deformed in a twisted manner following the twisted deformation between these electrodes. As a result, twist deformation is facilitated in a region of more than half of the liquid crystal layer, and in a place away from the substrate having the parallel electrode pair by more than half of the liquid crystal layer, the same applies to the opposite direction of the electric field not only on the electrodes but also between the electrodes. Twist changes. As a result, more liquid crystal molecules are aligned in the Y-axis direction than before, so that a higher transmittance can be realized than before.

本実施形態の液晶表示装置によれば、弱電界層を液晶層の半分以上の領域に導入することとこれによる液晶層のツイスト変形メカニズムにより、ポジ液晶を使用しても非常に高い透過率を実現することができる。また、液晶分子のZ軸方向への立ち上がりも抑制できるため、視野角特性を向上することができる。   According to the liquid crystal display device of the present embodiment, a very high transmittance can be obtained even when positive liquid crystal is used due to the introduction of the weak electric field layer into more than half of the liquid crystal layer and the twist deformation mechanism of the liquid crystal layer. Can be realized. In addition, since the rising of the liquid crystal molecules in the Z-axis direction can be suppressed, the viewing angle characteristics can be improved.

なお、本実施形態における液晶層の厚みは、液晶分子の変形時間を考慮すると、通常の液晶層の厚みである5μm程度以内の範囲に設定するのが好ましい。これは、液晶層の厚みが大きくなると、配向手段のアンカリング作用が弱くなるため、電圧をオフにした際の液晶配向の戻りが悪くなり、オフの応答時間が長くなってしまうからである。即ち、電極幅と電極間距離の和は2.5μm以内に設定するのが好ましい。更に前述のように、電極幅Wは電極間距離Sよりも小さくする必要があり、本実施形態に示すようにW≦S/4の範囲に設定するのが好ましい。即ち、電極幅は0.5μm以下にするのが好ましい。   Note that the thickness of the liquid crystal layer in the present embodiment is preferably set within a range of about 5 μm, which is the thickness of a normal liquid crystal layer, in consideration of the deformation time of liquid crystal molecules. This is because when the thickness of the liquid crystal layer is increased, the anchoring action of the alignment means is weakened, so that the return of the liquid crystal alignment when the voltage is turned off becomes worse and the off response time becomes longer. That is, the sum of the electrode width and the distance between the electrodes is preferably set within 2.5 μm. Further, as described above, the electrode width W needs to be smaller than the inter-electrode distance S, and is preferably set in the range of W ≦ S / 4 as shown in the present embodiment. That is, the electrode width is preferably 0.5 μm or less.

また、図29に示すように、本実施形態における画素電極及び共通電極の末端部には、液晶分子が望ましくない方向に配向変形するのを防止する逆回転ドメイン防止構造34cを設けるのが好ましい。本発明の第4又は第5実施形態においては、本構造の導入が特に重要となる。これは、通常のIPS方式と比較して、本発明の方式では横電界の割合が小さく、電界印加時の配向変形を電極間の主基板近傍における液晶分子のツイスト変形に依存しているため、櫛歯電極の末端部に発生する異常電界に起因して望ましくない配向変形が誘起されると、この配向変形が伝搬し易く、通常のツイスト変形が困難になるからである。このような逆回転ドメイン防止構造の一例としては、図29に示すように、平行電極対を構成する画素電極及び共通電極の末端部に、ラビング方向と垂直な電極部を形成する方法が挙げられる。   In addition, as shown in FIG. 29, it is preferable to provide a reverse rotation domain prevention structure 34c for preventing alignment deformation of liquid crystal molecules in an undesirable direction at the end portions of the pixel electrode and the common electrode in the present embodiment. In the fourth or fifth embodiment of the present invention, the introduction of this structure is particularly important. This is because the ratio of the transverse electric field is small in the method of the present invention compared to the normal IPS method, and the alignment deformation at the time of applying the electric field depends on the twist deformation of the liquid crystal molecules in the vicinity of the main substrate between the electrodes. This is because, when an undesirable orientation deformation is induced due to an abnormal electric field generated at the end portion of the comb-tooth electrode, the orientation deformation easily propagates, and a normal twist deformation becomes difficult. As an example of such a reverse rotation domain prevention structure, as shown in FIG. 29, there is a method of forming an electrode portion perpendicular to the rubbing direction at the end portions of the pixel electrode and the common electrode constituting the parallel electrode pair. .

更にまた、本実施形態においては、配向手段として配向膜を有するものとして説明したが、配向手段はこれに限定されるものではなく、特にポジ型液晶を使用する場合には、平行電極対の凹凸構造を配向手段として用いることができる。これにより、配向膜の形成及びラビング処理等の配向処理が不要になるため、装置の低コスト化が可能となる。更に、平行電極対を左右方向、即ち図29におけるY軸方向に微小に屈曲させてもよい。これにより、液晶分子の初期配向方向は平行電極対の延伸方向となり、横電界の基板面内方向は屈曲によりY軸方向と異なる方向になるため、液晶分子と電界との角度を90°以外に設定できる。これにより、電圧印加時の液晶分子のツイスト方向を面内で一様に揃えることが可能となる。なお、微小屈曲のピッチを大きくするに従って、液晶分子と横電界の角度は直交する傾向を示すため、微小屈曲のピッチは平行電極対のピッチ以下に設定することが好ましい。本第5実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第4実施形態と同様である。   Furthermore, in the present embodiment, the alignment means is described as having an alignment film. However, the alignment means is not limited to this, and the unevenness of the parallel electrode pair is particularly limited when positive type liquid crystal is used. The structure can be used as an orientation means. This eliminates the need for alignment processing such as formation of an alignment film and rubbing, thereby reducing the cost of the apparatus. Furthermore, the parallel electrode pair may be slightly bent in the left-right direction, that is, the Y-axis direction in FIG. As a result, the initial alignment direction of the liquid crystal molecules becomes the extending direction of the parallel electrode pair, and the in-plane direction of the lateral electric field becomes a direction different from the Y-axis direction due to bending, so the angle between the liquid crystal molecules and the electric field is set to other than 90 °. Can be set. Thereby, the twist direction of the liquid crystal molecules when a voltage is applied can be made uniform in the plane. As the pitch of the microbending is increased, the angle of the liquid crystal molecules and the transverse electric field tends to be orthogonal, so that the pitch of the microbending is preferably set to be equal to or less than the pitch of the parallel electrode pair. Operations and effects other than those described above in the fifth embodiment are the same as those in the fourth embodiment described above.

次に、本発明の第6の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図30は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。   Next, a liquid crystal display device according to a sixth embodiment of the present invention is described. FIG. 30 is a cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal display device according to this embodiment.

図30に示すように、本第6実施形態に示す液晶表示装置15は、前述の本発明の第5実施形態と比較して、主基板2a上に反射板5が形成されている点が異なる。なお、液晶表示装置15の観察者側の面には偏光板が設けられていてもよいが、図30においては省略してある。一例では、この偏光板の吸収軸は、液晶分子の短軸方向に合わせて配置されている。即ち、本実施形態における液晶表示装置15は、ノーマリホワイトモードの反射型表示装置として動作する。本第6実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第5実施形態と同様である。   As shown in FIG. 30, the liquid crystal display device 15 shown in the sixth embodiment is different from the fifth embodiment of the invention described above in that a reflecting plate 5 is formed on the main substrate 2a. . Note that a polarizing plate may be provided on the surface on the viewer side of the liquid crystal display device 15, but is omitted in FIG. 30. In one example, the absorption axis of the polarizing plate is arranged in accordance with the minor axis direction of the liquid crystal molecules. That is, the liquid crystal display device 15 in this embodiment operates as a normally white mode reflective display device. Operations and effects other than those described above in the sixth embodiment are the same as those in the fifth embodiment described above.

次に、上述の如く構成された本第6実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。まず、画素電極及び共通電極間に電圧を印加しない場合について説明する。偏光板から液晶層に向けて出射された直線偏光は液晶層に入射するが、電圧を印加しない場合、この直線偏光の偏光方向と液晶分子の長軸方向が一致するため、直線偏光はそのままの状態で反射板に到達する。反射板で反射した光は、反射板、液晶層で偏光方向が変化せず、そのままの状態で偏光板から出射することになる。即ち、電圧を印加しない場合には、白表示が実現される。   Next, the operation of the liquid crystal display device according to the sixth embodiment configured as described above will be described. First, a case where no voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode will be described. The linearly polarized light emitted from the polarizing plate toward the liquid crystal layer is incident on the liquid crystal layer. However, when no voltage is applied, the polarization direction of the linearly polarized light coincides with the major axis direction of the liquid crystal molecules. Reach the reflector in the state. The light reflected by the reflecting plate is emitted from the polarizing plate as it is without changing the polarization direction by the reflecting plate and the liquid crystal layer. That is, when no voltage is applied, white display is realized.

本発明の第5実施形態に記載のように、画素電極及び共通電極間に電圧が印加された場合には、液晶層が表示面内でほぼ均一なツイスト変形をするため、均一な位相差を与える位相差板を実現することができる。特に、この位相差が1/4波長の場合、偏光板から液晶層に入射した直線偏光は円偏光となって反射板に出射する。反射板は円偏光の偏光方向を180度回転させるため、反射した光は反対方向に回転する円偏光となって液晶層に入射し、入射時とは直交する直線偏光に変換されて、偏光板に向かう。この光は偏光板から出射できないため、電圧を印加することで黒表示が実現される。   As described in the fifth embodiment of the present invention, when a voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode, the liquid crystal layer undergoes almost uniform twist deformation in the display surface, so that a uniform phase difference is obtained. A phase difference plate can be realized. In particular, when this phase difference is ¼ wavelength, the linearly polarized light incident on the liquid crystal layer from the polarizing plate becomes circularly polarized light and is emitted to the reflecting plate. Since the reflection plate rotates the polarization direction of the circularly polarized light by 180 degrees, the reflected light becomes circularly polarized light that rotates in the opposite direction, enters the liquid crystal layer, is converted into linearly polarized light that is orthogonal to the incident time, and the polarizing plate Head for. Since this light cannot be emitted from the polarizing plate, black display is realized by applying a voltage.

本発明の第1比較例に記載のように、液晶層において電圧印加時に電極上と電極間上との液晶配向が大きく異なる場合、この液晶層は均一な位相差板として作用することができない。このため、特にノーマリホワイトモードで使用した場合には黒表示時に光漏れが発生し、表示のコントラスト比を大幅に悪化させることになる。   As described in the first comparative example of the present invention, when the liquid crystal alignment in the liquid crystal layer is greatly different between the electrodes and between the electrodes when a voltage is applied, the liquid crystal layer cannot act as a uniform retardation plate. For this reason, particularly when used in the normally white mode, light leakage occurs during black display, and the contrast ratio of the display is greatly deteriorated.

これに対し、本実施形態に記載のように、液晶層において均一なツイスト配向を実現した場合には、高いコントラスト比を実現することができる。   On the other hand, as described in this embodiment, when a uniform twist alignment is realized in the liquid crystal layer, a high contrast ratio can be realized.

なお、本実施形態における反射板はアルミニウムや銀等の光に対して高反射率を有する金属を使用することができるが、この場合には画素電極及び共通電極との導通を防止するため、画素電極及び共通電極と反射板との間に絶縁層を設けるのが好ましい。   In addition, although the metal which has high reflectance with respect to light, such as aluminum and silver, can use the reflector in this embodiment, in order to prevent conduction | electrical_connection with a pixel electrode and a common electrode in this case, a pixel is used. It is preferable to provide an insulating layer between the electrode and the common electrode and the reflector.

また、本実施形態における液晶表示装置は反射型表示装置として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、透過型表示装置にも適用することができ、特に半透過型表示装置に好適に使用することができる。この半透過型表示装置においては、透過領域と反射領域とで画素電極を共通化し、透過領域と反射領域の共通電極にそれぞれ異なる電圧を印加し、位相差フィルムを使用しない場合を考えると、透過領域がノーマリブラック、反射領域がノーマリホワイトの特性を示す。透過領域の光学的な動作は本発明の第5実施形態に記載の通りで高い透過率を実現することができ、反射領域の光学的な動作は本実施形態のように高コントラストの反射表示を実現することができる。本第6実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第5実施形態と同様である。   In addition, the liquid crystal display device in the present embodiment has been described as a reflective display device, but the present invention is not limited to this, and can be applied to a transmissive display device, and particularly to a transflective display device. It can be preferably used. In this transflective display device, considering that the pixel electrode is shared between the transmissive region and the reflective region, different voltages are applied to the common electrode in the transmissive region and the reflective region, and no retardation film is used, The area is normally black, and the reflection area is normally white. The optical operation of the transmissive region can achieve high transmittance as described in the fifth embodiment of the present invention, and the optical operation of the reflective region can display a high contrast reflective display as in this embodiment. Can be realized. Operations and effects other than those described above in the sixth embodiment are the same as those in the fifth embodiment described above.

次に、本発明の第7の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図31は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。   Next, a liquid crystal display device according to a seventh embodiment of the present invention is described. FIG. 31 is a cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal display device according to this embodiment.

図31に示すように、本第7実施形態に係る液晶表示装置16は、レンチキュラレンズ103が具備された立体画像表示装置である。液晶表示装置16においては、各1個の左眼用画素104L及び右眼用画素104Rからなる表示単位としての画素対がマトリクス状に設けられている。レンチキュラレンズ103は、多数のシリンドリカルレンズ103aが一次元配列したレンズアレイであり、その配列方向は左眼用画素104L及び右眼用画素104Rが繰り返し配列される方向、即ち図31におけるY軸方向になっている。シリンドリカルレンズ103aの延伸する方向、即ち長手方向は、表示面内において配列方向と直交する方向であり、図31のX軸方向である。また、Y軸方向における1対の画素対は、一つのシリンドリカルレンズ3aに対応している。左眼用画素104L及び右眼用画素104Rは、本発明の第5実施形態に記載の液晶表示装置に使用の画素と同一の構造を有する。そして、画素電極と共通電極は、図31のY軸方向に繰り返し配置されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第5の実施形態と同様である。   As shown in FIG. 31, the liquid crystal display device 16 according to the seventh embodiment is a stereoscopic image display device provided with a lenticular lens 103. In the liquid crystal display device 16, pixel pairs as display units each including one left-eye pixel 104L and one right-eye pixel 104R are provided in a matrix. The lenticular lens 103 is a lens array in which a large number of cylindrical lenses 103a are arranged one-dimensionally, and the arrangement direction thereof is the direction in which the left-eye pixels 104L and the right-eye pixels 104R are repeatedly arranged, that is, the Y-axis direction in FIG. It has become. The extending direction of the cylindrical lens 103a, that is, the longitudinal direction is a direction orthogonal to the arrangement direction in the display surface, and is the X-axis direction in FIG. One pair of pixels in the Y-axis direction corresponds to one cylindrical lens 3a. The left-eye pixel 104L and the right-eye pixel 104R have the same structure as the pixel used in the liquid crystal display device according to the fifth embodiment of the present invention. The pixel electrode and the common electrode are repeatedly arranged in the Y-axis direction in FIG. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the fifth embodiment described above.

次に、上述の如く構成された本第7実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明するが、まずはじめにレンチキュラレンズ103の画素拡大動作について説明する。図31に示すように、レンチキュラレンズ103の主点、即ち頂点と画素との間の距離をHとし、レンチキュラレンズ103の屈折率をnとし、レンズピッチをLとする。また、左眼用画素104L又は右眼用画素104Rの各1個のピッチをPとする。このとき、各1個の左眼用画素104L及び右眼用画素104Rからなる表示画素の配列ピッチは2Pとなる。   Next, the operation of the liquid crystal display device according to the seventh embodiment configured as described above will be described. First, the pixel enlargement operation of the lenticular lens 103 will be described. As shown in FIG. 31, the distance between the principal point of the lenticular lens 103, that is, the apex, and the pixel is H, the refractive index of the lenticular lens 103 is n, and the lens pitch is L. Also, let P be the pitch of each one of the left-eye pixel 104L or the right-eye pixel 104R. At this time, the arrangement pitch of the display pixels each including one left-eye pixel 104L and right-eye pixel 104R is 2P.

また、レンチキュラレンズ103と観察者との間の距離を最適観察距離ODとし、この距離ODにおける画素の拡大投影像の周期、即ち、レンズから距離ODだけ離れレンズと平行な仮想平面上における左眼用画素104L及び右眼用画素104Rの投影像の幅の周期を夫々eとする。更に、レンチキュラレンズ103の中央に位置するシリンドリカルレンズ103aの中心から、X軸方向におけるレンチキュラレンズ103の端に位置するシリンドリカルレンズ103aの中心までの距離をWLとし、液晶表示装置の表示画面の中心に位置する左眼用画素104Lと右眼用画素104Rからなる表示画素の中心と、X軸方向における表示画面の端に位置する表示画素の中心との間の距離をWPとする。更にまた、レンチキュラレンズ103の中央に位置するシリンドリカルレンズ103aにおける光の入射角及び出射角を夫々α及びβとし、X軸方向におけるレンチキュラレンズ103の端に位置するシリンドリカルレンズ103aにおける光の入射角及び出射角を夫々γ及びδとする。更にまた、距離WLと距離WPとの差をCとし、距離WPの領域に含まれる画素数を2m個とする。   The distance between the lenticular lens 103 and the observer is the optimum observation distance OD, and the period of the enlarged projection image of the pixel at this distance OD, that is, the left eye on a virtual plane that is separated from the lens by the distance OD and parallel to the lens. The period of the width of the projection image of the pixel for use 104L and the pixel for right eye 104R is assumed to be e. Further, WL is a distance from the center of the cylindrical lens 103a located at the center of the lenticular lens 103 to the center of the cylindrical lens 103a located at the end of the lenticular lens 103 in the X-axis direction, and is at the center of the display screen of the liquid crystal display device. Let WP be the distance between the center of the display pixel composed of the left-eye pixel 104L and the right-eye pixel 104R and the center of the display pixel located at the end of the display screen in the X-axis direction. Furthermore, the incident angle and the exit angle of light in the cylindrical lens 103a located at the center of the lenticular lens 103 are α and β, respectively, and the incident angle of light in the cylindrical lens 103a located at the end of the lenticular lens 103 in the X-axis direction and Let the outgoing angles be γ and δ, respectively. Furthermore, the difference between the distance WL and the distance WP is C, and the number of pixels included in the area of the distance WP is 2 m.

シリンドリカルレンズ103aの配列ピッチLと画素の配列ピッチPとは相互に関係しているため、一方に合わせて他方を決めることになるが、通常、表示パネルに合わせてレンチキュラレンズを設計することが多いため、画素の配列ピッチPを定数として扱う。また、レンチキュラレンズ103aの材料を選択することにより、屈折率nが決定される。これに対して、レンズと観察者との間の観察距離OD、及び観察距離ODにおける画素拡大投影像の周期eは所望の値を設定する。これらの値を使用して、レンズの頂点と画素との間の距離H及びレンズピッチLを決定する。スネルの法則と幾何学的関係より、下記数式1乃至9が成立する。また、下記数式10及び11が成立する。   Since the arrangement pitch L of the cylindrical lenses 103a and the arrangement pitch P of the pixels are related to each other, the other is determined according to one, but usually the lenticular lens is often designed according to the display panel. Therefore, the pixel arrangement pitch P is treated as a constant. Further, the refractive index n is determined by selecting the material of the lenticular lens 103a. On the other hand, the observation distance OD between the lens and the observer and the period e of the pixel enlarged projection image at the observation distance OD are set to desired values. These values are used to determine the distance H and lens pitch L between the vertex of the lens and the pixel. From Snell's law and geometric relationships, the following formulas 1 to 9 hold. Further, the following formulas 10 and 11 are established.

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本実施形態においては、レンチキュラレンズの頂点と画素との間の距離Hを、レンチキュラレンズの焦点距離fと等しく設定する。このため下記数式16が成立し、レンズの曲率半径をrとすると、曲率半径rは下記数式11により求まる。   In this embodiment, the distance H between the vertex of the lenticular lens and the pixel is set equal to the focal length f of the lenticular lens. Therefore, the following mathematical formula 16 is established, and when the curvature radius of the lens is r, the curvature radius r is obtained by the following mathematical formula 11.

Figure 0004822535
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ここで、レンチキュラレンズの横倍率は、画素拡大投影像の周期を画素の周期、即ち画素ピッチで除した値と考えることができるので、e/P倍となる。例えば画素の配列ピッチPとして65μmの表示パネルを使用し、画素拡大投影像の周期eを65mmに設定すると、レンチキュラレンズ103は1000倍の横倍率を有することになる。即ち、画素に形成された画素電極や共通電極も1000倍に拡大されて、観察面に投影されることになる。一例では、画素電極又は共通電極部に5μm幅の透過率低下領域が発生すると、観察面では5mm幅の透過率低下領域として観察されることになる。   Here, the lateral magnification of the lenticular lens can be considered as a value obtained by dividing the period of the enlarged pixel projection image by the period of the pixel, that is, the pixel pitch, and is e / P times. For example, when a display panel having a pixel arrangement pitch P of 65 μm is used and the period e of the pixel enlarged projection image is set to 65 mm, the lenticular lens 103 has a lateral magnification of 1000 times. That is, the pixel electrode and the common electrode formed on the pixel are also magnified 1000 times and projected onto the observation surface. In one example, when a 5 μm width transmittance reduction region occurs in the pixel electrode or the common electrode portion, the observation surface is observed as a 5 mm width transmittance reduction region.

本発明の第1比較例に記載のように、液晶層において電圧印加時に電極上と電極間上との液晶配向が大きく異なり、X軸方向に大きな透過率分布が発生する場合、この透過率分布はレンチキュラレンズにより拡大されて観察者に観察される。即ち、観察者が表示装置との角度を変えると、表示画像に明暗のムラが重畳して観察されることになるため、観察者は表示画像の品質を低いものとして感じることになる。   As described in the first comparative example of the present invention, when the liquid crystal alignment in the liquid crystal layer is greatly different between the electrodes when the voltage is applied and a large transmittance distribution is generated in the X-axis direction, this transmittance distribution is generated. Is magnified by a lenticular lens and observed by an observer. In other words, when the observer changes the angle with the display device, bright and dark unevenness is superimposed on the display image and the observer feels that the quality of the display image is low.

一方で、本実施形態に記載のように、液晶層において均一なツイスト配向を実現した場合には、観察者は電極構造に起因する透過率分布を表示画像と重畳して観察することがないため、表示品質が悪いと感じることはない。即ち、本発明では表示品質の向上が可能となる。   On the other hand, as described in this embodiment, when a uniform twist alignment is realized in the liquid crystal layer, the observer does not observe the transmittance distribution due to the electrode structure superimposed on the display image. , Display quality is not bad. That is, in the present invention, display quality can be improved.

本実施形態においては、左眼用画素と右眼用画素とを有する2視点の立体画像表示装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、N視点(Nは自然数)方式の表示装置に対して同様に適用することができる。この場合には、前述の距離WPの定義において、距離WPの領域に含まれる画素数を2m個としたのをN×m個として扱えばよい。なお、Nは1、即ち画素とレンズが1対1に対応していてもよい。この場合、ゲート線やデータ線等の表示に寄与しない領域の影響を低減でき、光の利用効率を向上することができる。   In the present embodiment, a two-viewpoint stereoscopic image display device having a left-eye pixel and a right-eye pixel has been described. However, the present invention is not limited to this, and an N-viewpoint (N is a natural number) method. The present invention can be similarly applied to the display device. In this case, in the definition of the distance WP described above, the number of pixels included in the area of the distance WP may be 2 × m, and may be handled as N × m. N may be 1, that is, the pixel and the lens may correspond one-to-one. In this case, the influence of a region that does not contribute to display such as a gate line or a data line can be reduced, and light use efficiency can be improved.

また、本発明は立体画像表示装置に限定されるものではなく、レンチキュラレンズが設けられた表示装置であれば同様に適用することができる。一例では、複数の平面画像を異なる方向に表示するマルチ画像表示装置に対しても、同様に適用することができる。   Further, the present invention is not limited to the stereoscopic image display device, and can be similarly applied to any display device provided with a lenticular lens. In one example, the present invention can be similarly applied to a multi-image display device that displays a plurality of planar images in different directions.

更に、本発明の画像分離手段はレンチキュラレンズに限定されるものではなく、レンズ要素が二次元配列したフライアイレンズや、スリットが一次元配列した視差バリア、ピンホールが二次元配列した視差バリアについても、同様に適用することができる。即ち、本実施形態は画素を拡大表示する光学手段を設ける場合に好適に使用でき、高画質化が可能となる。   Further, the image separation means of the present invention is not limited to a lenticular lens, but a fly-eye lens in which lens elements are two-dimensionally arranged, a parallax barrier in which slits are one-dimensionally arranged, and a parallax barrier in which pinholes are two-dimensionally arranged. Can be applied as well. In other words, this embodiment can be suitably used in the case where an optical means for enlarging and displaying pixels is provided, and high image quality is possible.

また、透過型液晶表示装置のみならず、反射型液晶表示装置や半透過型液晶表示装置、微反射型液晶表示装置にも同様に適用することができる。   Further, the present invention can be similarly applied not only to a transmissive liquid crystal display device but also to a reflective liquid crystal display device, a transflective liquid crystal display device, and a slightly reflective liquid crystal display device.

更にまた、本実施形態における画素電極、共通電極はITO等の透明導電体を使用して形成されるのが望ましいが、金属を使用した場合にも改善の効果を出すことができる。これは、金属電極周辺の液晶配向を改善することで、液晶層の透過率における面内均一性を向上することができるからである。本第7実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第5実施形態と同様である。   Furthermore, it is desirable that the pixel electrode and the common electrode in the present embodiment are formed using a transparent conductor such as ITO, but an improvement effect can also be obtained when a metal is used. This is because the in-plane uniformity in the transmittance of the liquid crystal layer can be improved by improving the liquid crystal alignment around the metal electrode. Operations and effects other than those described above in the seventh embodiment are the same as those in the fifth embodiment described above.

次に、本発明の第8の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図32は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図であり、図33はその構成要素であり光線方向規制素子であるルーバを示す斜視図である。   Next, a liquid crystal display device according to an eighth embodiment of the present invention is described. FIG. 32 is a cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal display device according to the present embodiment, and FIG. 33 is a perspective view showing a louver which is a component and a light beam direction restricting element.

図32に示すように、本発明の第8実施形態に係る液晶表示装置17は、前述の第5実施形態における液晶表示装置14と比較して、液晶表示装置14の+Z方向側に光線方向規制素子であるルーバ212を有する点を特徴とする。   As shown in FIG. 32, the liquid crystal display device 17 according to the eighth embodiment of the present invention has a light beam direction restriction on the + Z direction side of the liquid crystal display device 14 as compared with the liquid crystal display device 14 in the fifth embodiment described above. It is characterized by having a louver 212 as an element.

図33に示すように、ルーバ212は、光を透過する透明領域212aと光を吸収する吸収領域212bとが、ルーバ表面に平行な方向に交互に配置されている。透明領域と吸収領域が交互に配置されている方向は、図32及び図33のY軸方向に設定されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第5の実施形態と同様である。   As shown in FIG. 33, in the louver 212, transparent regions 212a that transmit light and absorption regions 212b that absorb light are alternately arranged in a direction parallel to the louver surface. The direction in which the transparent areas and the absorption areas are alternately arranged is set in the Y-axis direction in FIGS. 32 and 33. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the fifth embodiment described above.

本実施形態においては、ルーバ212に入射する光線のうち、出射面に対する法線方向から角度の大きい成分を吸収して除去する作用を有するため、液晶表示装置17から出射する光線の指向性を高めることができる。これにより、斜め方向からの覗き見を防止することができ、秘密情報の漏洩防止効果を発揮することができる。   In the present embodiment, the light beam incident on the louver 212 has an action of absorbing and removing a component having a large angle from the normal line direction with respect to the emission surface, so that the directivity of the light beam emitted from the liquid crystal display device 17 is improved. be able to. Thereby, it is possible to prevent a peep from an oblique direction, and to exhibit an effect of preventing leakage of secret information.

ここで、本発明の第1比較例に記載のように、液晶層において電圧印加時に電極上と電極間上との液晶配向が大きく異なり、X軸方向に大きな透過率分布が発生する場合、この透過率分布とルーバ212の吸収領域212bとが干渉し、観察者に画像の表示品質が低下したものとして観察される。   Here, as described in the first comparative example of the present invention, when the liquid crystal alignment in the liquid crystal layer is greatly different between the electrodes and between the electrodes when a voltage is applied, and a large transmittance distribution occurs in the X-axis direction, The transmittance distribution and the absorption region 212b of the louver 212 interfere with each other, and the observer observes that the display quality of the image is deteriorated.

一方で、本実施形態に記載のように、液晶層において均一なツイスト配向を実現した場合には、電極構造に起因する透過率分布とルーバの吸収領域との干渉に起因する画質の低下を防止することができるため、観察者は表示品質が低いと感じることはない。即ち、本発明ではルーバを使用した際の表示品質の向上が可能となる。   On the other hand, as described in this embodiment, when a uniform twist alignment is realized in the liquid crystal layer, deterioration in image quality due to interference between the transmittance distribution due to the electrode structure and the absorption region of the louver is prevented. The observer does not feel that the display quality is low. That is, according to the present invention, it is possible to improve the display quality when the louver is used.

なお、本発明における光線方向規制素子であるルーバは、透明領域と吸収領域とが交互に配置される方向がY軸方向であるものとして説明したが、XY平面内において回転配置されていてもよい。   In addition, although the louver which is a light direction restricting element in the present invention has been described as the direction in which the transparent region and the absorption region are alternately arranged is the Y-axis direction, the louver may be rotationally arranged in the XY plane. .

また、本実施形態においては光線方向規制素子であるルーバの例について記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、出射光の指向性を制御するための光学素子に関しても同様に適用することができる。このような例として、バックライトを構成するプリズムシートを挙げることができ、本発明を同様に適用することができる。本第8実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第5実施形態と同様である。   In the present embodiment, an example of a louver which is a light beam direction restricting element has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is similarly applied to an optical element for controlling the directivity of emitted light. can do. As such an example, a prism sheet constituting a backlight can be cited, and the present invention can be similarly applied. Operations and effects other than those described above in the eighth embodiment are the same as those in the fifth embodiment described above.

なお、上述の各実施形態はそれぞれ単独で使用しても良いが、適宜組み合わせて使用することも可能である。   In addition, although each above-mentioned embodiment may each be used independently, it is also possible to use it combining suitably.

本発明は、携帯電話、PDA、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ及びビデオプレーヤ等の携帯端末装置の表示装置や、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の端末装置の表示装置に好適に利用することができる。   The present invention is suitable for display devices of portable terminal devices such as mobile phones, PDAs, game machines, digital cameras, video cameras and video players, and display devices of terminal devices such as notebook personal computers, cash dispensers, and vending machines. Can be used.

本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の電圧印加時の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state at the time of the voltage application of the liquid crystal display device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本実施形態の構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the orientation state of a liquid crystal molecule when a voltage is not applied between the pixel electrode which is a component of this embodiment, and a common electrode. 本実施形態に係る液晶表示装置を搭載した端末装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the terminal device carrying the liquid crystal display device which concerns on this embodiment. 共通電極と画素電極との間に電圧を印加しない場合の液晶表示装置の透過率分布を示すための顕微鏡写真である。It is a microscope picture for showing the transmittance | permeability distribution of a liquid crystal display device when a voltage is not applied between a common electrode and a pixel electrode. 共通電極と画素電極との間に±5V・60Hzの矩形波電圧を印加した場合の液晶表示装置の透過率分布を示すための顕微鏡写真である。It is a microscope picture for showing the transmittance distribution of a liquid crystal display device at the time of applying a square wave voltage of ± 5V and 60Hz between a common electrode and a pixel electrode. 電極間中央部の直径1μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the 1 micrometer diameter area | region of the center part between electrodes. 電極上の直径1μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the 1-micrometer-diameter area | region on an electrode. 本実施形態の液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果である。It is the result of having simulated the liquid crystal alignment of this embodiment, electric field distribution, and transmittance | permeability distribution. 図8のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図である。It is the enlarged view which showed the liquid crystal orientation on the electrode in the simulation result of FIG. 電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the area | region with a diameter of 100 micrometers including on between electrodes and between electrodes. 本発明の第1比較例に係る液晶表示装置の電圧印加時の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state at the time of the voltage application of the liquid crystal display device which concerns on the 1st comparative example of this invention. 共通電極と画素電極との間に±5V・60Hzの矩形波電圧を印加した場合の液晶表示装置の透過率分布を示すための顕微鏡写真である。It is a microscope picture for showing the transmittance distribution of a liquid crystal display device at the time of applying a square wave voltage of ± 5V and 60Hz between a common electrode and a pixel electrode. 電極間中央部の直径1μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the 1 micrometer diameter area | region of the center part between electrodes. 電極上の直径1μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the 1-micrometer-diameter area | region on an electrode. 本実施形態の液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果である。It is the result of having simulated the liquid crystal alignment of this embodiment, electric field distribution, and transmittance | permeability distribution. 図15のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図である。FIG. 16 is an enlarged view showing liquid crystal alignment on the electrode in the simulation result of FIG. 15. 電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the area | region with a diameter of 100 micrometers including on between electrodes and between electrodes. 本発明の第2比較例に係る液晶表示装置について、電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the area | region with a diameter of 100 micrometers including on between the electrodes about the liquid crystal display device which concerns on the 2nd comparative example of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の電圧印加時の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state at the time of the voltage application of the liquid crystal display device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本実施形態の構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the orientation state of a liquid crystal molecule when a voltage is not applied between the pixel electrode which is a component of this embodiment, and a common electrode. 電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the area | region with a diameter of 100 micrometers including on between electrodes and between electrodes. 本実施形態の液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果である。It is the result of having simulated the liquid crystal alignment of this embodiment, electric field distribution, and transmittance | permeability distribution. 図22のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図である。It is the enlarged view which showed the liquid crystal orientation on the electrode in the simulation result of FIG. 本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置について、電極上及び電極間を含めた直径100μmの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。It is the graph which measured the voltage-transmittance characteristic in the area | region with a diameter of 100 micrometers including on between the electrodes about the liquid crystal display device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置の構造、及びその構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the liquid crystal display device which concerns on the 4th Embodiment of this invention, and the orientation state of a liquid crystal molecule when a voltage is not applied between the pixel electrode which is the component, and a common electrode. 本実施形態に係る液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示す断面図であり、特に電界構造と液晶配向、透過率分布の関係をシミュレーションにより示した断面図である。It is sectional drawing which shows the electric field structure and liquid crystal orientation at the time of the voltage application of the liquid crystal display device which concerns on this embodiment, and is sectional drawing which showed especially the relationship between an electric field structure, liquid crystal orientation, and transmittance | permeability distribution by simulation. 本発明の第5の実施形態に係る液晶表示装置の構造、及びその構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the liquid crystal display device which concerns on the 5th Embodiment of this invention, and the orientation state of a liquid crystal molecule when a voltage is not applied between the pixel electrode and common electrode which are the components. 本実施形態に係る液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示す断面図であり、特に電界構造と液晶配向、透過率分布の関係をシミュレーションにより示した断面図である。It is sectional drawing which shows the electric field structure and liquid crystal orientation at the time of the voltage application of the liquid crystal display device which concerns on this embodiment, and is sectional drawing which showed especially the relationship between an electric field structure, liquid crystal orientation, and transmittance | permeability distribution by simulation. 本実施形態に係る液晶表示装置において、逆回転ドメイン防止構造を示した上面図である。In the liquid crystal display device according to the present embodiment, it is a top view showing a reverse rotation domain prevention structure. 本発明の第6の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the liquid crystal display device which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the liquid crystal display device which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the liquid crystal display device which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本実施形態に係る液晶表示装置において、その構成要素であり光線方向規制素子であるルーバを示す斜視図である。In the liquid crystal display device which concerns on this embodiment, it is a perspective view which shows the louver which is the component and is a light beam direction control element. 特許文献1に記載されている従来の第1の液晶表示装置に使用されるIPS方式の液晶パネルを模式的に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an IPS liquid crystal panel used in a conventional first liquid crystal display device described in Patent Document 1. 特許文献1に記載されている従来の第2の液晶表示装置に使用される液晶パネルを模式的に示す断面図であり、FFS方式の液晶パネルである。It is sectional drawing which shows typically the liquid crystal panel used for the 2nd conventional liquid crystal display device described in patent document 1, and is a liquid crystal panel of a FFS system.

符号の説明Explanation of symbols

1、11、12、13、14、15、16、17;液晶表示装置
2a;主基板
2b;対向基板
3a、31a、32a、33a、34a;画素電極
3b、31b、32b、33b、34b;共通電極
34c;逆回転ドメイン防止構造
4;配向膜
41;ラビング方向
5;反射板
9;携帯端末装置
51;ポジ型液晶分子
52;ネガ型液晶分子
103;レンチキュラレンズ
103a;シリンドリカルレンズ
104L;左眼用画素
104R;右眼用画素
151;右眼
152;左眼
212;ルーバ
212a;透明領域
212b;吸収領域
1200、1201;基板
1202;液晶分子
1203、1204;電極
1300;液晶パネル
2200、2201;基板
2202;液晶分子
2203、2204;電極
2205;絶縁層
2300;液晶パネル
1, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17; liquid crystal display device 2a; main substrate 2b; counter substrate 3a, 31a, 32a, 33a, 34a; pixel electrode 3b, 31b, 32b, 33b, 34b; common Electrode 34c; Reverse rotation domain prevention structure 4; Alignment film 41; Rubbing direction 5; Reflector 9; Mobile terminal device 51; Positive liquid crystal molecule 52; Negative liquid crystal molecule 103; Lenticular lens 103a; Cylindrical lens 104L; Pixel 104R; Right eye pixel 151; Right eye 152; Left eye 212; Louver 212a; Transparent region 212b; Absorption region 1200, 1201; Substrate 1202; Liquid crystal molecules 1203, 1204; Electrode 1300; Liquid crystal panel 2200, 2201; Liquid crystal molecules 2203, 2204; electrode 2205; insulating layer 2300; The liquid crystal panel

Claims (16)

少なくとも平行電極対を有する基板と、この基板上に配置された液晶層と、を有し、
前記平行電極対を構成する電極の幅と間隔との合計値が、前記液晶層の厚さの半分以下であり、
前記液晶層の液晶分子は前記平行電極対で発生する電界により駆動され、電極上の電界は、横電界成分よりも縦電界成分が大きく、かつ、電極間の電界は、横電界成分よりも縦電界成分が小さく、前記電極上及び前記電極間において前記基板近傍から離れた領域の液晶分子のダイレクタ方向が、それぞれ、前記電極上及び前記電極間の電界方向とは異なる領域を有し、この領域が液晶層の厚みの半分以上であるとともに、前記液晶層の厚み方向中央領域より対向基板側において、前記電極間上の電界方向が前記基板面に垂直な方向である電界領域が存在する横電界駆動方式の液晶表示装置において、
前記平行電極対の電極幅を前記液晶層の厚さより小さくすることにより電極上の横電界を大きくすることで、前記電極上の液晶分子が前記電極間の液晶分子と同様に配向変化するように構成し、かつ、
前記液晶分子のツイスト弾性定数を同液晶分子のベンド弾性定数よりも小さくすることにより前記電極上での前記横電界による前記液晶分子のツイスト変形の減衰を小さくすることで、前記平行電極対で発生する電界により前記電極間の前記基板近傍の液晶分子がツイスト変形したときに、このツイスト変形に追従して前記電極上の液晶分子及び前記電極間上において前記基板近傍から前記液晶層の厚み方向に離れた領域の液晶分子に前記電極間の液晶分子と同様のツイスト変形をさせるように構成し、
前記平行電極対は、横方向に隣接する画素を分離する画素分離方向に平行に延びるように形成されるとともに当該画素分離方向と垂直な方向に配列され、さらに、
前記平行電極対の電極配列方向に対して、前記液晶層を有する各画素の像を光学的に拡大する画素拡大手段を有し、
前記平行電極対を構成する画素電極及び共通電極の末端部には、逆回転ドメイン防止構造としてラビング方向と垂直な電極部が形成されている、
ことを特徴とする液晶表示装置。
A substrate having at least a pair of parallel electrodes, and a liquid crystal layer disposed on the substrate,
The total value of the width and interval of the electrodes constituting the parallel electrode pair is less than or equal to half the thickness of the liquid crystal layer;
The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are driven by the electric field generated by the parallel electrode pair, the electric field on the electrodes has a vertical electric field component larger than the horizontal electric field component, and the electric field between the electrodes is longer than the horizontal electric field component. field component is small, the director direction of the liquid crystal molecules in the region away from the vicinity of the substrate between the electrodes and on the electrodes, respectively, have a different area than the electric field direction between the electrodes and on the electrodes, this region Is a horizontal electric field in which there is an electric field region in which the electric field direction between the electrodes is perpendicular to the substrate surface on the opposite substrate side from the central region in the thickness direction of the liquid crystal layer. In the drive type liquid crystal display device,
By increasing the lateral electric field on the electrodes by making the electrode width of the parallel electrode pair smaller than the thickness of the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules on the electrodes change their orientation in the same manner as the liquid crystal molecules between the electrodes. Composed and
Occurs in the parallel electrode pair by reducing the twist deformation attenuation of the liquid crystal molecules due to the transverse electric field on the electrodes by making the twist elastic constants of the liquid crystal molecules smaller than the bend elastic constants of the liquid crystal molecules. When the liquid crystal molecules in the vicinity of the substrate between the electrodes are twist-deformed by an electric field, the liquid crystal molecules on the electrodes follow the twist deformation and between the electrodes from the vicinity of the substrate in the thickness direction of the liquid crystal layer. The liquid crystal molecules in a remote area are configured to undergo the same twist deformation as the liquid crystal molecules between the electrodes,
The parallel electrode pairs are formed to extend in parallel to a pixel separation direction that separates adjacent pixels in the horizontal direction and are arranged in a direction perpendicular to the pixel separation direction;
The electrode arrangement direction of said parallel electrode pair, have a pixel enlarging means for enlarging the image of each pixel optically with the liquid crystal layer,
An electrode portion perpendicular to the rubbing direction is formed as a reverse rotation domain prevention structure at the end portion of the pixel electrode and the common electrode constituting the parallel electrode pair.
A liquid crystal display device characterized by the above.
前記平行電極対を構成する電極の間の距離が、この電極の幅以上であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。   2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a distance between electrodes constituting the parallel electrode pair is equal to or greater than a width of the electrodes. 前記液晶層の液晶分子は、誘電率異方性が正であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。   3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer have positive dielectric anisotropy. 前記平行電極対を構成する電極の上の液晶層において、この平行電極対に電界が発生した際の液晶分子のダイレクタ方向が、前記平行電極対を構成する電極の配列方向である液晶分子が存在することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。   In the liquid crystal layer on the electrodes constituting the parallel electrode pair, there are liquid crystal molecules in which the director direction of the liquid crystal molecules when an electric field is generated in the parallel electrode pair is the arrangement direction of the electrodes constituting the parallel electrode pair The liquid crystal display device according to claim 3. 前記液晶層の液晶分子は、誘電率異方性が負であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。   3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer have a negative dielectric anisotropy. 前記平行電極対を構成する電極の上の液晶層において、この平行電極対に電界が発生した際の液晶分子のダイレクタ方向が、前記平行電極対を構成する電極の長手方向である液晶分子が存在することを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。   In the liquid crystal layer on the electrodes constituting the parallel electrode pair, there exists liquid crystal molecules in which the director direction of the liquid crystal molecules when an electric field is generated in the parallel electrode pair is the longitudinal direction of the electrodes constituting the parallel electrode pair The liquid crystal display device according to claim 5. 前記平行電極対が同層に形成されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the parallel electrode pair is formed in the same layer. 前記平行電極対の液晶層側、及びこの平行電極対を構成する電極の間にオーバーコート層を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の液晶表示装置。 The parallel electrode pair of liquid crystal layer side, and the liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it has an overcoat layer between the electrodes constituting the parallel electrode pair. 前記平行電極対を構成する電極の間に平坦化層を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it has a flattening layer between the electrodes constituting the parallel electrode pair. 前記平行電極対は透明導電体から構成されることを特徴とする請求項1乃至に記載の液晶表示装置。 The parallel pair of electrodes a liquid crystal display device according to claim 1 to 9, characterized in that they are composed of a transparent conductor. 前記平行電極対は金属から構成されることを特徴とする請求項1乃至に記載の液晶表示装置。 The parallel pair of electrodes a liquid crystal display device according to claim 1 to 9, characterized in that it is made of metal. 前記平行電極対における前記液晶層側の表面に反射低減手段を有することを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 11 , further comprising reflection reducing means on a surface of the parallel electrode pair on the liquid crystal layer side. 前記平行電極対の電極幅が1μm以下であることを特徴とする請求項1乃至12に記載の液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 to 12, wherein the electrode width of the parallel electrode pair is 1μm or less. ノーマリホワイトモードで動作することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that operate in the normally white mode. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の液晶表示装置を有することを特徴とする端末装置。 Terminal device comprising the liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 14. 携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であることを特徴とする請求項15に記載の端末装置。 The terminal device according to claim 15 , wherein the terminal device is a mobile phone, a personal information terminal, a game machine, a digital camera, a video camera, a video player, a notebook personal computer, a cash dispenser, or a vending machine.
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